Способ плазмо-стимулированного атомно-слоевого осаждения изолирующих диэлектрических покрытий на гетероструктурах нитрид-галлиевых полупроводниковых приборов

Авторы патента:

H01L21/31 - с целью образования диэлектрических слоев на полупроводниках, например для маскирования или с использованием фотолитографической технологии (для получения электродных слоев H01L 21/28, герметизирующих слоев H01L 21/56); последующая обработка этих слоев; выбор материалов для этих слоев

Владельцы патента RU 2633894:

Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Пульсар" (RU)

Изобретение относится к технологии осаждения изолирующих и пассивирующих диэлектрических покрытий на подложках типа AlGaN/AlN/GaN методом плазмо-стимулированного атомно-слоевого осаждения из металлоорганических прекурсоров таким образом, чтобы получить сниженные токи утечки и пассивацию поверхностных зарядовых состояний. Способ плазмо-стимулированного атомно-слоевого осаждения пленок изолирующих диэлектрических покрытий на подложки гетероструктур нитрид-галлиевых полупроводниковых приборов характеризуется тем, что поверхность гетероструктуры проходит предварительную обработку в индуктивно связанной плазме водорода низкого давления при пониженной вкладываемой в разряд мощности в зоне, удаленной от источника плазмы, в которой обеспечивается низкая концентрация ионов, не более 10⁹ см^-3 и одновременно высокая концентрация химически активных радикалов, не менее 10¹³ см^-3, стимулирующие поверхностные реакции пассивации оборванных химических связей и удаления естественного оксида, адсорбированной из атмосферы влаги и других поверхностных адсорбатов для обеспечения последующего атомно-слоевого роста пленки на поверхности с минимальным количеством поверхностных состояний на границе раздела пленка-подложка. Технический результат: получение диэлектрического покрытия с низким содержанием дефектов и ловушек на границе с полупроводником состава AlGaN, что приводит к улучшению электрических и частотных характеристик формируемых нитрид-галлиевых полупроводниковых приборов. 2 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к технологии осаждения изолирующих и пассивирующих диэлектрических покрытий на подложки типа AlGaN/AlN/GaN методом плазмо-стимулированного атомно-слоевого осаждения из металлорганических прекурсоров.

Широко известен способ атомно-слоевого осаждения, позволяющий получать тонкие бездефектные пленки диэлектриков и металлов, толщина которых контролируется на атомарном уровне [1]. При применении такого подхода при осаждении слоев диэлектриков с высокой диэлектрической проницаемостью из металоорганических прекурсоров может требоваться температура, превышающая 500°С, что приводит к деградации сформированных ранее на подложке функциональных элементов. Способ был применен для создания нитрид-галлиевого транзистора, диэлектрические слои которого осаждаются методом атомно-слоевого осаждения [2]. Недостатком прибора, изготовленного по этой технологии, является ограничение рабочей частоты прибора (эффект коллапса тока) и рабочих напряжений (пробой) транзистора с такими диэлектрическими покрытиями. Причиной коллапса тока является наличие зарядовых поверхностных состояний на границе раздела и оборванных связей.

Улучшения характеристик прибора можно добиться пассивацией поверхности полупроводника, а также ее нитридизацией [3] при помощи слоя нитрида алюминия толщиной 2-10 нм, формируемого методом атомно-слоевого осаждения. Недостатком такого подхода является ограничение возможности применения такого метода только для пассивации структур нитрид-галлиевых приборов на гетероструктурах НЕМТ и невозможность пассивации границы полупроводник-диэлектрик на гетероструктурах MISHEMT приборов. Кроме того, реализация метода требует отдельного этапа в производстве транзисторной структуры с разрывом вакуума.

Указанные недостатки способа атомно-слоевого осаждения были устранены в способе плазмо-стимулированного атомно-слоевого осаждения [4], являющимся прототипом настоящего изобретения. В частности, применение плазмо-стимулированного атомно-слоевого осаждения позволяет резко понизить температуру процесса осаждения до 300°С.

Предлагаемый способ позволяет получить сниженные токи утечки и пассивацию поверхностных зарядовых состояний в полупроводниковом приборе за счет предварительной подготовки поверхности подложки гетерострутуры нитрид-галлиевых полупроводниковых приборов и улучшить электрические характеристики приборов.

Достижение указанного результата обеспечивается предлагаемым способом плазмо-стимулированного атомно-слоевого осаждения пленок изолирующих диэлектрических покрытий на подложки гетероструктур нитрид-галлиевых полупроводниковых приборов, влючающим в себя: помещение подложки в технологическую камеру, оборудованную для проведения плазмо-стимулированного атомно-слоевого осаждения; введение первого технологического материала в технологическую камеру; введение второго технологического материала в технологическую камеру; подачу в технологическую камеру одновременно с подачей второго технологического материала электромагнитной энергии мощностью более 600 Вт для генерации плазмы, ускоряющей реакцию между первым и вторым технологическими материалами (прекурсорами) на поверхности подложки; и формирование пленки на подложке посредством чередующегося ввода первого технологического материала и второго технологического материала, отличающийся тем, что подложка походит предварительную обработку в индуктивно связанной плазме водорода низкого давления при пониженной вкладываемой в разряд мощности в зоне, удаленной от источника плазмы, в которой обеспечивается низкая концентрация ионов, не более 10⁹ см^-3 и одновременно высокая концентрация химически активных радикалов, не менее 10¹³ см^-3, стимулирующие поверхностные реакции пассивации оборванных химических связей и удаления естественного оксида, адсорбированной из атмосферы влаги и других поверхностных адсорбатов для обеспечения последующего атомно-слоевого роста пленки на поверхности с минимальным количеством поверхностных состояний на границе раздела пленка-подложка.

При этом подготовка поверхности в плазме водорода при пониженной вкладываемой мощности в удаленной от источника плазмы области до атомно-слоевого осаждения обеспечивает пассивацию оборванных связей, а обработка в плазме аммиака кроме эффекта, производимого радикалами водорода, способствует пассивации оборванных связей атомами азота.

Предлагаемый способ плазмо-стимулированного атомно-слоевого осаждения изолирующих диэлектрических покрытий на гетероструктурах нитрид-галлиевых полупроводниковых приборов обеспечивает получение диэлектрического покрытия с низким содержанием дефектов и ловушек на границе с полупроводником состава AlGaN, что приводит к улучшению электрических и частотных характеристик нитрид-галлиевых полупроводниковых приборов.

Источники информации

1. Патент США US 4058430, 1977 (Method for Producing Compound Thin Films, Tuomo Suntola et al.).

2. Патент США US 7692222 B2, 2010 (Atomic layer deposition in the formation of gate structures for III-V semiconductor, Kamal Tabatabaie et al.).

3. Патент США US 8937336 B2, 2015 (Passivation of group III-nitride heterojunction devices, Jing Chen et al.).

4. Патент США US 7314835 B2, 2008 (Plasma enhanced atomic layer deposition system and method, Tadahiro Ishizaka et al.).

1. Способ плазмо-стимулированного атомно-слоевого осаждения пленок изолирующих диэлектрических покрытий на подложки гетероструктур нитрид-галлиевых полупроводниковых приборов, включающий в себя: помещение подложки в технологическую камеру, оборудованную для проведения плазмо-стимулированного атомно-слоевого осаждения; введение первого технологического материала в технологическую камеру; введение второго технологического материала в технологическую камеру; подачу в технологическую камеру одновременно с подачей второго технологического материала электромагнитной энергии мощностью более 600 Вт для генерации плазмы, ускоряющей реакцию между первым и вторым технологическими материалами на поверхности подложки; и формирование пленки на подложке посредством чередующегося ввода первого технологического материала и второго технологического материала, отличающийся тем, что подложка походит предварительную обработку в индуктивно связанной плазме водорода низкого давления при пониженной вкладываемой в разряд мощности в зоне, удаленной от источника плазмы, в которой обеспечивается низкая концентрация ионов, не более 10⁹ см^-3 и одновременно высокая концентрация химически активных радикалов, не менее 10¹³ см^-3, стимулирующие поверхностные реакции пассивации оборванных химических связей и удаления естественного оксида, адсорбированной из атмосферы влаги и других поверхностных адсорбатов для обеспечения последующего атомно-слоевого роста пленки на поверхности с минимальным количеством поверхностных состояний на границе раздела пленка-подложка.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что предварительная обработка подложки производится в плазме смеси азота и аммиака, содержащей радикалы водорода и азотсодержащие соединения, обеспечивающей дополнительную нитридизацию верхнего слоя подложки.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что предварительная обработка подложки производится в плазме смеси аммиака и водорода.

Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии получения нитрида кремния. В способе получения нитрида кремния нитрид кремния формируют каталитическим парофазным химическим осаждением смеси гидразина (N2H4) и силана (SiH4) при температуре подложки 230-370°С, давлении SiH4 15-17,5 Па, скорости роста нитрида кремния 100 нм/мин и отношении парциальных давлений газообразных источников Р(N2H4+N2)/P(SiH4)=4-6.

Способ подготовки поверхности insb подложки для выращивания гетероструктуры молекулярно-лучевой эпитаксией // 2613487

Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых приборов - для изготовления фокальных диодных фотоприемных матриц на подложках InSb. В способе подготовки поверхности InSb подложки для выращивания гетероструктуры молекулярно-лучевой эпитаксией сначала проводят предварительную обработку поверхности подложки InSb с модификацией состава окисного слоя для обеспечения в дальнейшем полного удаления окислов.

Способ изготовления мдп-структур на основе inas // 2611690

Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых приборов и может быть использовано при их изготовлении на основе МДП-структур на InAs. Подложку InAs подвергают предварительной обработке, включающей очистку поверхности ее от загрязнений и естественного окисла.

Способ взрывной фотолитографии // 2610843

Изобретение относится к взрывной фотолитографической технологии и может быть использовано, когда получение рабочего рисунка из активного материала (металла или полупроводника) методами избирательного химического или плазмохимического травления через фоторезистную маску затруднено или нецелесообразно в связи с повышенной химической стойкостью к травлению активного материала.

Способ изготовления полупроводникового прибора // 2606780

Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления затворного оксида полевого транзистора.

Способ консервации твердотельной поверхности и консервирующее твердотельную поверхность покрытие // 2601745

Изобретение относится к технологии изготовления приборов микро- и наноэлектроники. Предложен способ консервации твердотельной поверхности, включающий последовательно осуществляемые стадию предварительной подготовки поверхности к консервации и стадию нанесения консервирующего покрытия.

Способ изготовления высокоэффективных и стабильных в электрическом отношении полупроводниковых слоев оксидов металлов, слои, изготовленные по этому способу, и их применение // 2601210

Настоящее изобретение касается способа изготовления полупроводникового ламината, включающего в себя первый и второй слои оксида металла, а также слой диэлектрика, причем первый слой оксида металла располагается между вторым слоем оксида металла и слоем диэлектрика и имеет толщину равную или менее 20 нм.

Способ обработки подложки и подложка // 2576547

Использование: для формирования стабильного и кристаллического оксидного слоя на подложке. Сущность изобретения заключается в том, что очищают поверхность подложки из In-содержащего III-As, III-Sb или III-P от аморфных естественных оксидов, нагревают очищенную подложку из In-содержащего III-As до температуры примерно 340-400°С, очищенную подложку из In-содержащего III-Sb нагревают до температуры примерно 340-450°С, или очищенную подложку из In-содержащего III-P нагревают до температуры примерно 450-500°С и окисляют подложку введением газообразного кислорода к поверхности подложки.

Средство для удаления фоторезиста после ионной имплантации для перспективных областей применения полупроводников // 2575012

Изобретение относится к композиции для удаления фоторезиста после ионной имплантации, содержащей: (a) амин, (b) органический растворитель А, и (c) сорастворитель, где содержание воды в композиции составляет менее 0.5 мас.

Сетчатая микро- и наноструктура, в частности для оптически прозрачных проводящих покрытий, и способ её получения // 2574249

Изобретение относится к химической промышленности, микроэлектронике и нанотехнологии и может быть использовано при изготовлении прозрачных проводящих покрытий, светопоглощающих и светопреобразующих слоёв для оптических и фотовольтаических устройств, самоочищающихся поверхностей, биометрических материалов, мембран, катализаторов.

Способ получения нанопрофилированной ультратонкой пленки al2o3 на поверхности пористого кремния // 2634326

Использование: для роста наноразмерных пленок диэлектриков на поверхности монокристаллических полупроводников. Сущность изобретения заключается в том, что пленку Al2O3 наносят ионно-плазменным распылением на слой пористого кремния с размером пор менее 3 нм, полученного электрохимическим травлением исходной пластины монокристаллического кремния, при рабочем давлении в камере в диапазоне 3-5⋅10-3 мм рт.ст. и потенциале мишени - 400-600 В. Технический результат: обеспечение возможности создания эффективного способа изготовления нанопрофилированной ультратонкой пленки диоксида алюминия на поверхности пористого кремния. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ подготовки поверхности insb подложки для выращивания гетероструктуры методом молекулярно-лучевой эпитаксии // 2642879

Способ относится к технологии изготовления полупроводниковых приборов методом молекулярно-лучевой эпитаксии. В способе подготовки поверхности InSb подложки для выращивания гетероструктуры молекулярно-лучевой эпитаксией проводят предварительную обработку поверхности подложки InSb с модификацией состава остаточного оксидного слоя. Модификацию состава остаточного оксидного слоя на поверхности подложки осуществляют с получением гидратированного аморфного оксидного слоя из оксидных соединений индия и сурьмы, характеризующегося нестехиометрическим составом - обогащенного гидратированными оксидными соединениями индия. При этом сначала проводят анодное окисление подложки с остаточным оксидным слоем в водосодержащей щелочной среде, а затем удаляют в водосодержащей кислотной среде полученный в ходе окисления оксидный слой. В финале проводят удаление подвергшегося модификации остаточного оксидного слоя в вакуумной камере установки молекулярно-лучевой эпитаксии с использованием термообработки подложки. В результате обеспечивается снижение температуры, при которой происходит полное удаление оксидного слоя в ростовой камере молекулярно-лучевой эпитаксии, до величины менее 400°С. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.