СПОСОБ СЕЛЕНАТНО-ТИОСУЛЬФАТНОЙ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТИ АРСЕНИДА ГАЛЛИЯ n-ТИПА Российский патент 2016 года по МПК H01L21/306 

Изобретение относится к электрохимии полупроводников и технологии полупроводниковых приборов, применяется в микроэлектронике при создании выпрямляющих контактов перед электрохимическим нанесением металла на полупроводник.

Известны способы предварительной обработки поверхности арсенида галлия в парах серы, селена, их водородных соединений и в различных растворах халькогенсодержащих соединений [1-6]. В наших, ранее опубликованных работах, используется предварительная обработка поверхности арсенида галлия в водных растворах сульфида натрия и/или селенита натрия [4-6]. В работах [7, 8] для улучшения характеристик полупроводниковых приборов и выпрямляющих контактов используется раствор сульфида натрия, концентрация которого в сообщении [7] составляет 0,05 М, продолжительность обработки в нем 5 мин, а в сообщении [8] - 0,1 Μ и 15 мин. Способы предварительной обработки поверхности арсенида галлия в парах халькогенов и растворах халькогенидов щелочных металлов и аммония [1-9] способствуют устранению оксидов галлия и мышьяка (сульфидная или селенидная обработки) с поверхности полупроводника. Предложенный в работах [4-6] способ подготовки поверхности арсенида галлия способствует устранению с поверхности полупроводника элементного мышьяка (селенитная обработка) и оксидов элементов (сульфидная обработка), составляющих полупроводник, которые всегда присутствуют на его поверхности [10, 11] после стандартных способов подготовки образцов перед нанесением металла. Использование только одного из способов предварительной обработки поверхности арсенида галлия (или сульфидного, или селенитного) не позволяет провести должную перестройку поверхностных слоев полупроводника, и, следовательно, создать когерентную границу раздела металл-полупроводник, а получаемые на такой границе выпрямляющие контакты менее стабильны при термических и окислительных воздействиях. Применение последовательной сульфидно-селенитной [6] подготовки поверхности арсенида галлия дает лучшие результаты: постоянство электрофизических параметров контактов во времени, близость к единице значений коэффициента идеальности контактов. Таким образом, включение в методику обработки поверхности полупроводника соединений серы и селена в определенных степенях окисления способствует созданию выпрямляющих контактов металл-арсенид галлия n-типа с улучшенными электрофизическими характеристиками.

Из известных технических решений наиболее близким по назначению и технической сущности к заявляемому объекту является дополнительная к стандартной последовательная обработка поверхности арсенида галлия n-типа перед электрохимическим осаждением металла сначала в 0,05 Μ растворе сульфида натрия в течение 3 минут, затем споласкивание 1-2 секунды в теплой прокипяченной дистиллированной воде с температурой 40°С, далее в 0,1 Μ растворе селенита натрия в течение 3-4 минут с последующей промывкой образца по тридцать секунд в двух порциях прокипяченной дистиллированной воды с температурой 60-70°С [6]. При использовании данного способа обработки поверхности полупроводника формирование выпрямляющих контактов Ni-GaAs n-типа характеризуется недостаточно эффективной реорганизацией поверхности арсенида галлия перед электрохимическим нанесением на нее металла, что ведет к недостаточной стабильности контактов в воздушной атмосфере при температурах 200-300°С. Это отражается в отклонении коэффициента идеальности контакта (β) от единицы.

Сущность изобретения заключается в том, что дополнительно к стандартной обработке поверхность арсенида галлия n-типа последовательно обрабатывают в растворах селеновой кислоты и тиосульфата натрия, что позволяет преобразовать структуру поверхности полупроводника после стандартной механической и химической обработок с использованием шлифовальных материалов и сернокислотно-перекисного травителя и способствует повышению стабильности электрофизических характеристик выпрямляющих контактов металл-полупроводник при воздействиях повышенных температур в окислительной атмосфере.

Предлагаемый способ дополнительной предварительной обработки поверхности арсенида галлия способствует удалению с поверхности полупроводника слоя оксидов и элементного мышьяка, присутствующих после кислотно-перекисного травления образца и промывки его дистиллированной водой [10, 11]. Так как в стандартных химико-технологических операциях подготовки полупроводниковых образцов путем травления в сернокислом растворе перекиси водорода с последующей промывкой в дистиллированной воде не удается избежать контакта поверхности полупроводника с воздухом, то на поверхности образца происходит образование оксидной пленки. Наличие элементного мышьяка на поверхности арсенида галлия после стандартной операции травления и промывки объясняется его устойчивостью в водных растворах.

Действие растворов селеновой кислоты и тиосульфата натрия сводится к окислительно-восстановительным реакциям: окислению элементарного мышьяка до растворимых в воде форм и окислению компонентов полупроводникового материала. В результате этих реакций вероятно образование селенид- и сульфид-ионов. Последние способствуют удалению оксидов с поверхности полупроводника и формированию халькогенидов галлия и мышьяка. Селеновая кислота является более сильным окислителем, чем селенит натрия, используемый в способе-прототипе. Дополнительно она растворяет поверхностные оксиды галлия. Применение тиосульфатной обработки полупроводника вслед за обработкой в растворе селеновой кислоты способствует удалению ее следов за счет окислительно-восстановительного взаимодействия между ионамии

Предлагаемое в изобретении последовательное сочетание селенатной и тиосульфатной обработок поверхности арсенида галлия с последующей промывкой в двух порциях прокипяченной горячей дистиллированной воды температурой 60-70°С способствует формированию когерентной границы раздела металл-арсенид галлия n-типа, характеризующейся близкими к идеальным значениями электрофизических параметров (высота барьера Φ и коэффициент идеальности β) контактов металл-полупроводник при температурах 200-300°С в атмосфере воздуха. Результаты этих экспериментов отражены в таблице.

Осуществление изобретения достигается последовательным выполнением операций предварительной подготовки поверхности полупроводникового образца по стандартной и оригинальной методикам. Стандартная методика: рабочая сторона электрода из монокристаллического образца арсенида галлия n-типа (концентрация основных носителей (2, 4-7)·10¹⁶ см^-3, ориентация поверхности (111) А, В) подвергается последовательно шлифованию алмазным порошком М8, полированию до зеркального блеска на замше с алмазной пастой, последовательному обезжириванию бутиловым эфиром уксусной кислоты, толуолом, четыреххлористым углеродом, травлению в сернокислотно-перекисном травителе состава H₂SO₄:H₂O₂:H₂O=3:1:1 при температуре 70°С в течение 12-15 минут, промывке в горячей прокипяченной дистиллированной воде с температурой 60-70°С и сушке на воздухе в течение 20 мин. Концентрация серной кислоты составляет 90%, перекиси водорода - 28-30%, вода используется дистиллированная. Оригинальная методика: рабочая сторона полупроводникового электрода выдерживается в течение 3 минут в свежеприготовленном 0,1 Μ водном растворе селеновой кислоты H₂SeO₄, окунается в теплую прокипяченную дистиллированную воду с температурой 40°С, погружается на 3 минуты в свежеприготовленный 0,1 Μ водный раствор тиосульфата натрия Na₂S₂O₃, промывается в двух порциях горячей прокипяченной дистиллированной воды с температурой 60-70°С по 30 секунд в каждой и с каплей воды на поверхности образца, под током переносится в электролит для электрохимического нанесения металла. Электроосаждение металла проводится согласно известным в литературе методикам.

Предложенная выше предварительная обработка поверхности арсенида галлия в растворах селеновой кислоты и тиосульфата натрия использована нами при создании выпрямляющих контактов никель/арсенид галлия n-типа.

Литература

1. Бессолов В.Н., Лебедев М.В. Халькогенидная пассивация поверхности полупроводников Α^IIIΒ^V. Обзор // Физика и техника полупроводников. - 1998. - Т. 32. - №11. - С.1281-1299.

2. Бонтарюк В.М., Жиляев Ю.В., Коненкова Е.В. Сульфидная пассивация силовых GaAs-диодов // Физика и техника полупроводников. - 1999. - Т. 33. - №6.

3. Сумец М.П. Электронные процессы на гетерогранице Ga₂Se₃-GaAs, сформированные обработкой GaAs в парах селена: автореф. дисс… канд. физ. - мат. наук. Воронеж, 1999.

4. Фомина Л.В. Физико-химические аспекты формирования нанослоевых структур контактов Ir - GaAs n-типа в условиях халькогенной пассивации поверхности полупроводника и электрохимического осаждения металла: Автореф. дис… канд. хим. наук. Барнаул, 2003. - 24 с.

5. Фомина Л.В., Безносюк С.А. Жидкофазная халькогенная пассивация при электрохимическом формировании выпрямляющих контактов металл-полупроводник с наноскопической границей раздела / Нанотехника. 2006. - №4 (8). - С.26-31.

6. Фомина Л.В., Безносюк С.А. Способ халькогенной обработки поверхности арсенида галлия n-типа. / Патент на изобретение 2291517. Приоритет изобретения 03 мая 2005 года.

7. Венгер Е.Ф., Кириллова С.И., Примаченко В.Е., Чернобай В.А. Электронные свойства реальной и сульфидированной поверхности GaAs / Физика и техника полупроводников. - 1995. - Т. 29. - №2. - С.244-254.

8. Бедный Б.И., Байдусь Н.В. Сульфидная пассивация поверхности GaAs: открепление уровня Ферми / Физика и техника полупроводников. - 1995. - Т. 29. - №8. - С.1488-1493.

9. Бессолов В.Н. Нанорельеф поверхности: влияние сульфидной обработки / В.Н. Бессолов, Ю.В. Жиляев, Е.Е. Заварин [и др.] // Физика и техника полупроводников. - 2000. - Т. 34. - №11. - С.1353-1356.

10. Мокроусов Г.М. Перестройка твердых тел на границах раздела фаз. - Томск: Изд-во Том. ун-та, 1990. - 230 с.

11. Готра З.Ю. Технология микроэлектронных устройств: Справочник. - М.: Радио и связь, 1991. - 528 с.

Изобретение относится к электрохимии полупроводников и технологии полупроводниковых приборов. Сущность изобретения заключается в том, что поверхность полупроводникового электрода - арсенида галлия n-типа - перед электрохимическим нанесением металла подвергают дополнительной к стандартной химической обработке в растворах халькогенсодержащих соединений с последующей промывкой поверхности в прокипяченной дистиллированной воде. Отличительной особенностью от ранее известных способов предварительной халькогенной обработки поверхности арсенида галлия является то, что полупроводниковый электрод последовательно выдерживают в течение 3 минут в 0,1 Μ водном растворе селеновой кислоты, окунают в теплую дистиллированную воду с температурой 40°С, выдерживают 3 минуты в 0,1 Μ водном растворе тиосульфата натрия и промывают в двух порциях прокипяченной горячей дистиллированной воды с температурой 60-70°С. Далее следуют операции по электроосаждению на арсенид галлия металлов из водных растворов. Изобретение применяется в микроэлектронике при создании выпрямляющих контактов перед электрохимическим нанесением металла на полупроводник и обеспечивает повышение стабильности электрофизических характеристик выпрямляющих контактов металл-полупроводник при воздействии повышенных температур в окислительной атмосфере. 1 табл.

Способ селенатно-тиосульфатной обработки поверхности арсенида галлия n-типа, основанный на том, что поверхность полупроводникового электрода - арсенида галлия n-типа - перед электрохимическим нанесением металла подвергают дополнительной к стандартной химической обработке в растворах халькогенсодержащих соединений с последующей промывкой поверхности в прокипяченной дистиллированной воде, отличающийся тем, что при дополнительной обработке образец последовательно погружают сначала в водный 0,1 Μ раствор селеновой кислоты H₂SeO₄ на 3 минуты, затем его окунают в теплую дистиллированную воду с температурой 40°C, потом погружают на 3 минуты в 0,1 Μ раствор тиосульфата натрия Na₂S₂O₃ и промывают по 30 секунд в двух порциях прокипяченной горячей дистиллированной воды с температурой 60-70°C.