Способ изготовления МДП-структур на основе InAs Российский патент 2017 года по МПК H01L21/3105 

Техническое решение относится к полупроводниковым приборам, к технологии их изготовления и может быть использовано при разработке и изготовлении приборов на основе структур металл-диэлектрик-полупроводник (МДП-структур), в частности, InAs.

Известен способ изготовления МДП-структуры на основе InAs (Корнюшкин Н.А., Валишева Н.А., Ковчавцев А.П., Курышев Г.Л. «Влияние свойств границы раздела и глубоких уровней в запрещенной зоне на вольт-фарадные характеристики МДП-структур на арсениде индия». Физика и техника полупроводников, т. 30, вып. 5, 1996 г., с.с. 914-917), заключающийся в том, что полупроводниковую подложку InAs погружают в электролит, содержащий органический растворитель, электропроводящий компонент и фторсодержащую добавку, и осуществляют анодирование, создавая окисный слой, формирующий границу раздела, затем подложку извлекают и на тонком слое, формирующем границу раздела, выращивают слой диэлектрика, получая в результате двухслойную диэлектрическую пленку, после чего осуществляют формирование затвора. В качестве электролита используют концентрированный раствор аммиака в этиленгликоле в соотношении 1:5 по объему с фторсодержащей добавкой фторида аммония. Анодирование осуществляют в гальваностатическом режиме при плотности тока 0,5 мА/см². При анодировании выращивают анодную окисную пленку толщиной менее 15 нм. После извлечения подложки из электролита ее промывают, высушивают и осаждают слой двуокиси кремния толщиной 140 нм (ширина запрещенной зоны более 8 эВ). Затвор формируют из слоя окиси индия методом взрывной фотолитографии.

Изготавливаемым МДП-структурам согласно приведенному способу свойственно, во-первых, наличие высокой величины встроенного заряда на границе раздела ((5÷6)×10¹¹ см^-2). В данном способе для создания окисного слоя, формирующего границу раздела, посредством анодирования использован водный щелочной электролит. Анодные окислы, полученные в таком электролите, содержат значительное количество гидроксильных групп, которые, являясь окислителем в процессе анодирования, встраиваются в растущую пленку и могут являться причиной полевой нестабильности МДП-структур. Кроме того, кислотность используемого электролита оказывает значительное влияние на соотношение As:In. С ростом рН увеличивается растворимость окислов As и, соответственно, уменьшается отношение As:In. Низкое значение отношения As:In из-за растворения окислов мышьяка обуславливает наличие большой переходной области полупроводник-диэлектрик.

Во-вторых, способ не обеспечивает получения структур с оксидным диэлектрическим слоем толщиной менее 10 нм с удовлетворительной однородностью по толщине и химическому составу на большей площади исходной пластины (известным способом оперируют с пластиной небольшой площади), что необходимо при изготовлении многоэлементных структур с высокой однородностью электрофизических параметров. Это обусловлено высокой скоростью роста анодного оксидного слоя, что приводит к формированию тонких слоев в нестационарных условиях начальной стадии окисления, при которых не обеспечивается постоянная скорость роста оксидного слоя.

Известен способ изготовления МДП-структуры на основе InAs (см. описание к патенту РФ №2420828 на изобретение, МПК H01L 21/3105 (2006.01)), взятый за ближайший аналог. В способе осуществляют последовательно следующие действия: полупроводниковую подложку InAs подвергают предварительной обработке, очищающей поверхность подложки, затем на подложке в вакуумной камере проводят формирование диэлектрического слоя посредством анодного окисления подложки - анодирование рабочей поверхности подложки в плазме, после чего на диэлектрический слой напыляют слой металла. Предварительную обработку, очищающую поверхность подложки, проводят при условиях, обеспечивающих полную очистку поверхности от загрязнений и дефектов с достижением стабильности и инертности рабочей поверхности в условиях отсутствия воздействия окислительной среды, плазмы. Анодирование осуществляют с использованием окислительной газовой среды, плазмы тлеющего разряда и электропроводящего металлического или полупроводникового катода. При этом подложку помещают в столб тлеющего разряда с реализацией возможности переосаждения материала катода, с одновременным его окислением и образованием на растущем окисном слое полупроводникового материала подложки барьерного слоя из окисла материала катода, препятствующего взаимодействию окислителя с материалом подложки и приводящего к формированию туннельно-тонкого диэлектрического слоя из окисла материала подложки.

Выращивание диэлектрического слоя осуществляют с использованием окислительной газовой среды, кислородсодержащей или фторсодержащей. В качестве окислительной газовой среды, кислородсодержащей, используют среду О₂, или СО₂, или NO; фторсодержащей - NF₃ или SF₆.

В ближайшем аналоге невозможно получение структур со снижением величины встроенного заряда до величин менее 5×10¹¹ см ^-2, для изготавливаемых структур характерна величина встроенного заряда на уровне 2×10¹² см ^-2. Кроме того, невозможно получение структур с удовлетворительной однородностью по толщине и химическому составу как можно на большей площади исходной пластины, что необходимо при изготовлении многоэлементных структур с высокой однородностью их электрофизических параметров.

Причиной первого является наличие в оксиде ловушек захвата заряда, обусловленных высокой энергией ионов в используемом режиме тлеющего разряда, а также не оптимальный состав газовой смеси (окислительной газовой среды).

Причина второго заключается в том, что при реализации способа не предпринимают каких-либо мер для обеспечения однородного воздействия плазмы в отношении всей окисляемой площади пластины. Окисление осуществляется без контроля однородности свечения плазмы по площади окисляемой поверхности, при неконтролируемом осаждении материла катода (алюминия), с образованием слоя оксида алюминия, препятствующего процессу формирования оксидного слоя.

Техническим результатом является:

- снижение величины встроенного заряда у изготавливаемых структур до величин менее 5×10¹¹ см^-2;

- достижение получения структур с улучшенной однородностью по толщине и химическому составу тонкого анодного диэлектрического слоя на большей площади исходной пластины.

Технический результат достигается способом изготовления МДП-структуры на основе InAs, заключающимся в том, что полупроводниковую подложку InAs подвергают предварительной обработке, включающей очистку поверхности ее от загрязнений и естественного окисла, затем на подложке в вакуумной камере проводят формирование диэлектрического слоя посредством анодного окисления подложки - анодирование рабочей поверхности подложки в плазме, после чего на диэлектрический слой напыляют слой металла, предварительную обработку, проводят при условиях, обеспечивающих полную очистку поверхности от загрязнений и естественного окисла с достижением стабильности и инертности рабочей поверхности в условиях отсутствия воздействия окислительной среды, плазмы, анодирование осуществляют с использованием окислительной газовой среды, при этом в качестве окислительной газовой среды используют окислительную газовую среду, содержащую кислород и фтор, с составом Ar:O₂:CF₄ в соотношении (80-х) % : 20% : х %, где х - количество CF₄, равное от 5% до 20%, включая указанные значения, а в качестве плазмы используют плазму таунсендовского разряда в нормальном и переходном режиме его горения, подложку помещают на расстоянии от катода, выбираемом с учетом соблюдения условия стационарности газоразрядной плазмы, давление окислительной газовой среды поддерживают обеспечивающим стабильное горение разряда, с формированием в разрядном промежутке латерально однородного разряда.

В способе перед проведением анодирования сначала вакуумную камеру откачивают, создавая уровень вакуума в ней достаточный для подавления влияния остаточных примесей на качество диэлектрического слоя, соответствующий выращиванию диэлектрического слоя в составе окислов материала подложки, затем заполняют камеру окислительной средой, после чего осуществляют загрузку подложки для формирования диэлектрического слоя.

В способе перед проведением анодирования сначала осуществляют загрузку подложки для формирования диэлектрического слоя, затем вакуумную камеру откачивают, создавая уровень вакуума в ней достаточный для подавления влияния остаточных примесей на качество диэлектрического слоя, соответствующий выращиванию диэлектрического слоя в составе окислов материала подложки, после чего заполняют камеру окислительной средой.

В способе перед загрузкой подложки в вакуумную камеру в боксе с инертной атмосферой собирают разрядную ячейку в составе анода, в качестве которого берут саму подложку InAs, катода, выполненного в составе подложки сапфира с нанесенным на поверхность, обращенную к аноду, полупрозрачным слоем окиси индия, легированным окисью олова, ограничительного кольца из сапфира, расположенного между электродами и задающего своей шириной величину разрядного промежутка, величину разрядного промежутка задают равной от 0,03 до 0,3 см, включая указанные значения, в качестве подложки сапфира для катода берут двухдюймовую подложку, а диаметр активной площади электрода обеспечивают равным около 13 мм, в качестве подложки InAs, выполняющей при формировании на ней слоя диэлектрика функции анода, используют коммерчески доступную подложку, состоящую из подложки n⁺-типа InAs (111)А с концентрацией электронов на уровне 10¹⁸ см^-3 и сформированного на ее поверхности эпитаксиального слоя InAs с концентрацией электронов (1÷5)×10¹⁵ см^-3, подложку InAs устанавливают в разрядной ячейке, параллельно располагая рабочую поверхность подложки InAs и поверхность катода - полупрозрачного слоя окиси индия, ячейку выполняют с возможностью проникновения окислительной газовой среды в разрядный промежуток за счет предусмотренных в кольце в этих целях прорезей, при проведении процесса используют фоторегистрирующую камеру для латерального контроля однородности плазмы таунсендовского разряда, которую устанавливают с возможностью размещения катода между анодом и камерой, а также используют вакуумную разрядную камеру, снабженную прозрачным окном, с одной стороны которого, в вакуумной разрядной камере располагают катод, а с другой стороны, вне вакуумной камеры, - фоторегистрирующую камеру, располагая ее напротив полупрозрачного катода с возможностью выполнения ею функции фоторегистрации при горении плазмы.

В способе вакуумную камеру откачивают, создавая уровень вакуума в ней достаточный для подавления влияния остаточных примесей на качество диэлектрического слоя, соответствующий выращиванию диэлектрического слоя в составе окислов материала подложки, равный от 10^-3 до 10^-2 Торр, включая указанные значения.

В способе давление окислительной газовой среды поддерживают обеспечивающим стабильное горение разряда, с формированием в разрядном промежутке латерально однородного разряда, а именно, давление поддерживают величиной, которой обеспечивают значение произведения p⋅d, равной от 0,2 до 1,2 Торр⋅см, включая указанные значения, где р - давление, d - межэлектродное расстояние.

В способе используемую плазму создают посредством разряда в разрядном промежутке - расстоянии от катода до анода, выбираемом с учетом соблюдения условия стационарности газоразрядной плазмы, при подаче на электроды напряжения значением от 300 до 600 В, включая указанные значения, и используют при этом плотности тока от 10 до 60 мкА/см², включая указанные значения.

В способе проводят формирование диэлектрического слоя посредством анодного окисления подложки - анодирование рабочей поверхности подложки в плазме в течение времени от 40 до 120 минут, включая указанные значения, в результате получают слой толщиной от 8 до 20 нм, включая указанные значения.

В способе на диэлектрический слой напыляют слой металла - золота, используя при этом маску, обеспечивающую площадь напыления около 2×10^-3 см².

В способе предварительную обработку, очищающую поверхность подложки, проводят при условиях, обеспечивающих полную очистку поверхности от загрязнений и естественного окисла с достижением стабильности и инертности рабочей поверхности в условиях отсутствия воздействия окислительной среды, плазмы, а именно, проводят в два этапа, на первом этапе обеспечивают полную очистку поверхности от загрязнений, на втором этапе - достижением стабильности и инертности рабочей поверхности в условиях отсутствия воздействия окислительной среды, плазмы посредством удаления собственного окисного слоя с рабочей поверхности подложки и формирования на ней пассивирующего слоя мышьяка.

В способе полную очистку поверхности от загрязнений проводят при комнатной температуре - 293÷295 К, в растворе моноэтаноламина с перекисью водорода с соотношением 1:1, подложку обрабатывают около 2 минут или более, затем промывают деионизованной водой в течение 5 минут или более, сушат в потоке аргона.

В способе достижение стабильности и инертности рабочей поверхности в условиях отсутствия воздействия окислительной среды, плазмы осуществляют посредством удаления собственного окисного слоя с рабочей поверхности подложки и формирования на ней пассивирующего слоя мышьяка, действия осуществляют при комнатной температуре - 293÷295 К, в инертной среде с реализацией проточного режима инертного газа, образующего инертную среду, к удалению окисного слоя и пассивированию приступают после продувки камеры инертным газом в течение примерно часа при избыточном давлении около 10 Торр, в качестве инертной среды используют атмосферу азота, подложку обрабатывают в растворе соляной кислоты, насыщенной парами изопропилового спирта, время обработки выбирают от 2 минут и более, завершают обработку промывкой подложки в чистом изопропиловом спирте и сушкой, которые проводят также в инертной среде - атмосфере азота.

В способе после окончания предварительной обработки, очищающей поверхность подложки, проводимой при условиях, обеспечивающих полную очистку поверхности от загрязнений и естественного окисла с достижением стабильности и инертности рабочей поверхности в условиях отсутствия воздействия окислительной среды, плазмы, избегая окисляющего воздействия, подложку загружают в вакуумную разрядную камеру.

Сущность технического решения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми фигурами.

На Фиг. 1 представлена схема реализации окисления в таунсендовском разряде с контролем однородности горения с использованием разрядной ячейки с анодом, которым является подложка InAs, катодом, выполненным в составе подложки сапфира с нанесенным на ее поверхность, обращенную к аноду, полупрозрачным слоем окиси индия, легированным окисью олова, ограничительным сапфировым кольцом, расположенным между анодом и катодом и задающим своей шириной расстояние между ними (разрядный промежуток), и камеры CCD, расположенной со стороны подложки сапфира - ее поверхности, на которой слой окиси индия отсутствует.

На Фиг. 2 показаны ВАХ разряда, полученные при расстоянии между электродами (величине разрядного промежутка) равном d=0,3 см, с выделением рабочей области при окислении: темные символы - при параметре p⋅d=1,2 Торр⋅см, где: р - давление в вакуумной камере, d - расстояние между электродами; светлые символы - при параметре p⋅d=0,2 Торр⋅см, где р - давление в вакуумной камере, d - расстояние между электродами.

На Фиг. 3 показаны: а) полученное высокоразрешающей электронной микроскопией изображение поперечного среза (110) граница раздела фторсодержащего оксидного слоя -диэлектрического слоя, и подложки InAs(111)A; б) профиль распределения оптической плотности изображенной переходной области (переходный слой) на границе раздела.

На Фиг. 4 изображен полученный рентгеновской фотоэлектронной микроскопией профиль изменения состава фторсодержащего оксидного слоя - диэлектрического слоя толщиной около 10 нм, полученного окислением InAs в плазме таунсендовского разряда с использованием среды Ar:O₂:CF₄ с соотношением 3:1:1.

Предлагаемый способ изготовления МДП-структуры включает следующие этапы.

Во-первых, этап предварительной подготовки подложки InAs. При реализации данного этапа подложку подвергают предварительной обработке, включающей очистку поверхности ее от загрязнений и естественного окисла. Во-вторых, этап формирования слоя диэлектрика. При реализации второго этапа выращивают диэлектрический слой посредством анодного окисления подложки - анодирование подложки в плазме. В финале на диэлектрический слой напыляют слой металла.

Достижение технического результата в предлагаемом способе изготовления МДП-структуры базируется на проведении второго этапа путем окисления в отличие от ближайшего аналога (см. описание к патенту РФ №2420828 на изобретение, МПК H01L 21/3105 (2006.01)) в таунсендовском разряде. Таунсендовский разряд обладает рядом особенностей, которые используются в процессе окисления и играют позитивную роль, обеспечивая формирование более качественного диэлектрика при минимальном агрессивном воздействии на полупроводник. Этих особенностей лишены известные сухие процессы окисления (плазмохимическое окисление, окисление в тлеющем разряде) InAs. Так, таунсендовскому разряду свойственны высокая стабильность горения разряда, высокая однородность электрического поля в межэлектродном пространстве, малые поля вблизи анода, низкие энергии ионов в сравнении с тлеющим разрядом. Кроме того, для таунсендовского разряда характерны существенно низкие токи от 10^-18÷10^-5 А, в целях реализации предлагаемого решения интерес представляет диапазон токов таунсендовского разряда - 10^-7÷10^-5 А. Для тлеющего разряда характерны высокие токи - токи более 1 мА. Таким образом, в случае использования таунсендовского разряда для окисления, токи, при которых проводят процесс окисления, существенно ниже по сравнению с токами при окислении в тлеющем разряде, который используют в ближайшем аналоге. Энергии основной массы ионов таунсендовского разряда составляют менее 1 эВ. Перечисленные особенности обеспечивают однородное по площади бездефектное окисление (за счет высокой однородности электрического поля в межэлектродном пространстве), и минимальное, щадящее, воздействие окисляющей среды на полупроводник (за счет малых полей вблизи анода, низких энергий ионов, низких токов разряда).

Кроме того, при анодировании в таунсендовском разряде используют в отличие от ближайшего аналога (см. описание к патенту РФ №2420828 на изобретение, МПК H01L 21/3105 (2006.01)) окислительную газовую среду, содержащую кислород и фтор. Наличие в окислительной среде, как фтора, так и кислорода, обеспечивает более высокое качество формируемого диэлектрического слоя. Таким образом, оптимизирован состав окислительной газовой среды.

Использование окислительной среды, содержащей кислород и фтор, при анодировании обеспечивает формирование диэлектрического слоя из оксифторидов индия и мышьяка. Формирование оксифторидов индия и мышьяка влияет на снижение величины встроенного заряда у изготавливаемых структур до вышеуказанных величин. Снижение обусловлено увеличением положительного заряда на атомах мышьяка прилежащего к поверхности InAs первого слоя в составе переходного слоя на границе фторсодержащего оксидного слоя и подложки InAs в результате связывания мышьяка с электроотрицательным фтором.

При анодировании подложку помещают на расстоянии от катода, выбираемом с учетом соблюдения условия стационарности газоразрядной плазмы, и формируют диэлектрический слой.

Таким образом, использование для формирования диэлектрического слоя таунсендовского разряда в сочетании с использованием окислительной газовой среды, содержащей кислород и фтор, приводит к снижению величины встроенного заряда у изготавливаемых структур до величин от 5×10¹⁰ см^-2 до 5×10¹¹ см^-2 и обеспечивает получение структур с улучшенной однородностью по толщине и химическому составу тонкого анодного диэлектрического слоя на большей площади исходной пластины.

Этап предварительной подготовки подложки InAs необходим для создания предпосылок к реализации формирования слоя диэлектрика и достижению за счет проводимого формирования указанного технического результата. В ходе этапа предварительной подготовки подложку подвергают обработке, включающей очистку ее рабочей поверхности от загрязнений и естественного окисла. Формирование слоя диэлектрика, который является собственным окисным слоем в изготавливаемой МДП-структуре, предполагает особые требования к чистоте и структурному совершенству рабочей поверхности исходных подложек InAs, на которой формируют диэлектрический слой. Предварительную обработку, очищающую поверхность подложки, проводят при условиях, обеспечивающих полную очистку рабочей поверхности от загрязнений, с достижением стабильности и инертности рабочей поверхности в условиях отсутствия воздействия окислительной среды, плазмы.

Предварительная обработка может быть осуществлена таким образом, как указано в ближайшем аналоге (см. описание к патенту РФ №2420828 на изобретение, МПК H01L 21/3105 (2006.01)). Предварительную обработку подложек перед их загрузкой в реакционную вакуумную камеру для формирования слоя диэлектрика подразделяют на две стадии. Сначала выполняют химическую очистку, приводящую к удалению поверхностных загрязнений и естественного окисла. Затем - очистку посредством термообработки, удаляющей остаточные примеси после химической обработки и дефекты поверхности, которую проводят в условиях отсутствия воздействия окислительной среды, в частности, в вакууме. После окончания термообработки подложку загружают в вакуумную камеру, в которой, в ее разрядной части (вакуумная разрядная камера), приступают к выращиванию диэлектрического слоя посредством анодного окисления подложки.

Стадию химической очистки, приводящую к удалению поверхностных загрязнений и естественного окисла подложки InAs проводят сначала путем кипячения в толуоле в течение промежутка времени, достаточного для удаления загрязнений - обезжиривания и получения поверхности подложки, покрытой аморфной окисной пленкой из естественных окислов индия и мышьяка. Кипячение в толуоле проводят около 10 минут. Затем подложку подвергают воздействию насыщенного соляной кислотой изопропилового спирта в течение промежутка времени, удаляющего естественные окислы и не вызывающего нарастания загрязнения хлором, не вызывающего нарастания компоненты окисленного мышьяка и шероховатости поверхности. Продолжительность воздействия составляет от 5 до 30 минут.

Стадию очистки посредством термообработки, удаляющей остаточные примеси после химической обработки и, кроме того, дефекты поверхности в виде «ямок» и «шипов», проводят в вакууме. Уровень вакуума поддерживают обеспечивающим отсутствие адсорбирования на поверхность подложки остаточных газов, а именно, 10^-7÷10^-9 Торр.

Температуру поддерживают, достаточной для исчезновения дефектов и очистки поверхности от оставшихся загрязнений после химической обработки и не вызывающей нарушение стехиометрии из-за испарения мышьяка, а именно, от 200 до 400°С. Время термообработки выбирают, исходя из условия полного исчезновения дефектов и полной очистки поверхности от оставшихся загрязнений после химической обработки, - от 30 до 60 минут.

Проведение указанной предварительной подготовки обеспечивает высокую чистоту, стабильность и инертность поверхности подложек InAs. Их поверхность не окисляется, в частности, в кислородсодержащей атмосфере при давлении 0,15 Торр при комнатной температуре - 293÷295 К в течение длительного времени, более 1 часа. Однако такая очистка требует использования высоковакуумного оборудования и является достаточно трудоемкой.

Предварительная обработка может быть осуществлена также другим образом, без использования условий вакуума.

Предварительная обработка подложек перед их загрузкой в реакционную вакуумную камеру для формирования слоя диэлектрика также подразделяется на две стадии. Сначала выполняют химическую очистку, приводящую к удалению поверхностных загрязнений. Затем - очистку в инертной среде, при осуществлении которой удаляют собственный окисный слой с рабочей поверхности подложки и формируют на ней пассивирующий слой мышьяка. Очистку в инертной среде проводят в объеме специальной камеры - камеры очистки, которая стыкуется с вакуумной разрядной камерой посредством загрузочного шлюза. В камере очистки, выполненной замкнутой и снабженной клапанами ввода/вывода, реализуют проточный режим инертного газа, образующего инертную среду. Непосредственно к очистке в инертной среде приступают после продувки камеры инертным газом в течение часа при избыточном давлении около 10 Торр. После окончания обработки подложки в инертной среде ее загружают, используя шлюз, в вакуумную камеру, в которой, в ее разрядной части (вакуумная разрядная камера), приступают к выращиванию диэлектрического слоя посредством анодного окисления подложки. Обе стадии проводят при комнатной температуре - 293÷295 К.

Стадию химической очистки, приводящую к удалению поверхностных загрязнений подложки InAs - обезжириванию и получению рабочей поверхности подложки, покрытой аморфной окисной пленкой из естественных окислов индия и мышьяка, проводят в растворе моноэтаноламина с перекисью водорода (1:1). В указанной смеси подложку обрабатывают около 2 минут или более. Затем промывают деионизованной водой для удаления органических загрязнений в течение 5 минут или более, сушат аргоном ОСЧ.

После промывки и сушки подложку помещают в камеру с инертной средой, препятствующей окислению рабочей поверхности подложки, в которой проводят удаление естественных окислов с рабочей поверхности подложки и формируют пассивирующий слой - слой элементного мышьяка. В качестве инертной среды используют атмосферу азота. Кроме того, возможно использование в качестве инертной среды атмосферы аргона. Однако вариант с аргон является затратным, в связи, с чем предпочтителен вариант с использованием азота. Подложку обрабатывают в растворе соляной кислоты, насыщенной парами изопропилового спирта. Время обработки выбирают, исходя из условия полной очистки поверхности от естественных окислов и формирования пассивирующего слоя мышьяка, - от 2 минут и более. Завершают обработку промывкой подложки в чистом изопропиловом спирте. Операция проводится также в инертной среде - атмосфере азота. После окончания обработки в инертной среде, избегая окисляющего воздействия, в частности, кислорода воздушной среды, подложку посредством шлюза загружают в вакуумную разрядную камеру.

Приготовление раствора соляной кислоты, насыщенной парами изопропилового спирта, осуществляют методом, описанным в известном информационном источнике (V.L. Alperovich, О.Е. Tereshchenko, N.S. Rudaya, D.V. Sheglov, A.V. Latyshev, A.S. Terekhov «Surface passivation and morphology of GaAs (100) treated in HCl-isopropanol solution», Applied Surface Science 235 (2004) 249-259), так называемым изопиестическим методом. В основе метода - насыщение изопропилового спирта парами хлористого водорода в замкнутом объеме. Максимальная концентрация хлористого водорода в изопропиловом спирте определяется его растворимостью. Для заданного объема концентрированной соляной кислоты и объема изопропилового спирта, она определяется временем насыщения. Согласно приведенной публикации максимальная концентрация НСl, равная 20%, достигается после насыщения изопропилового спирта в течение более 100 часов. Состав раствора не изменяется при хранении в герметичной таре. В противном случае концентрация НСl снижается из-за испарения.

Приведенная очистка в инертной среде с удалением естественных окислов с рабочей поверхности подложки и формированием пассивирующего слоя - слоя элементного мышьяка аналогична известной обработке с тем же самым результатом в отношении подложек GaAs (Ю.Г. Галицын, В.Г. Мансуров, В.И. Пошевнев, А.С. Терехов «Пассивация поверхности GaAs в спиртовых растворах НО», Поверхность. Физика, химия, механика. 10, 1989 г., стр. 140-142).

Далее приступают к формированию диэлектрического слоя посредством анодного окисления подложки - анодирование рабочей поверхности подложки с использованием окислительной газовой среды, содержащей кислород и фтор, и плазмы таунсендовского разряда (см. Фиг. 1). Для загрузки подложки в вакуумную разрядную камеру на анодное окисление может быть использовано известное средство - герметичный транспортный контейнер (Ю.Г. Галицын, В.Г. Мансуров, В.И. Пошевнев, А.С. Терехов. Приборы и техника эксперимента. №4, 1988 г., стр. 191). Подложку загружают в вакуумную разрядную камеру, устанавливают ее напротив катода на расстоянии от него, выбираемом с учетом соблюдения условия стационарности газоразрядной плазмы, параллельно располагая рабочую поверхность подложки относительно поверхности катода. Для облегчения точной установки подложки в разрядной вакуумной камере предпочтительно формировать разрядную ячейку.

Ячейка содержит электроды - анод, которым является подложка InAs, и катод, выполненный в составе подложки сапфира (Al₂O₃) с нанесенным на ее поверхность, обращенную к аноду, полупрозрачным слоем окиси индия (Al₂O₃), легированным окисью олова, - ограничительное кольцо из сапфира (Al₂O₃), расположенное между электродами и задающее своей шириной расстояние между ними (разрядный промежуток), которое выбирают исходя из соблюдения условия стационарности газоразрядной плазмы. Расстояние между подложкой (анодом) и катодом - величина разрядного промежутка - выбираема с учетом соблюдения условия стационарности газоразрядной плазмы. При изготовлении МДП структур могут быть использованы кольца, в частности, с шириной от 0,03 до 0,3 см, включая указанные значения, задающей расстояние от подложки до катода, выбираемое с учетом соблюдения условия стационарности газоразрядной плазмы. Шириной кольца задают, соответственно, величину разрядного промежутка.

Кроме того, при проведении процесса предпочтительно воспользоваться камерой CCD, которую следует установить с возможностью размещения катода между анодом и камерой CCD. При этом необходимо вакуумную разрядную камеру снабдить прозрачным окном (на Фиг. 1 не показано), с одной стороны которого, в вакуумной разрядной камере располагают катод, а с другой стороны, вне вакуумной камеры, - камеру CCD, располагая ее напротив полупрозрачного катода с возможностью выполнения ею функции фоторегистрации при горении плазмы (см. Фиг. 1). Выполнение указанным образом катода (полупрозрачным) и наличие камеры CCD, выполняющей функцию фоторегистрации, установленной указанным образом, позволяет обеспечить контроль однородности горения плазмы в отношении площади подложки. Таким образом, в отличие от указанного ближайшего аналога в предлагаемом техническом решении проводят контроль горения однородности плазмы латерально, в то время как в ближайшем аналоге контролируют однородность свечение столба плазмы по высоте. Реализация в предлагаемом техническом решении указанного латерального контроля позволяет судить об однородности формирования диэлектрического слоя по его площади.

При этом в качестве подложки сапфира для катода может быть использована двухдюймовая подложка сапфира, а диаметр активной площади электрода равен около 13 мм.

В качестве подложки InAs, которая при формировании на ней слоя диэлектрика выполняет функцию анода, может быть использована коммерчески доступная подложка, состоящая из подложки n⁺-типа InAs (111)А с концентрацией электронов на уровне 10¹⁸ см^-3 и сформированного на ее поверхности эпитаксиального слоя InAs с концентрацией электронов (1÷5)×10¹⁵ см^-3 (автоэпитаксиальная структура InAs-InAs (n-n⁺) с концентрацией электронов в эпитаксиальном слое порядка 10¹⁵ см^-3).

Подложку InAs устанавливают в разрядной ячейке, параллельно располагая рабочую поверхность подложки InAs и поверхность катода - полупрозрачного слоя окиси индия (In₂O₃), на расстоянии от катода, от 0,03 до 0,3 см - ширине кольца, задающем величину разрядного промежутка, выбираемую с учетом соблюдения условия стационарности газоразрядной плазмы. Отметим, что в данном случае, в качестве кольца может использоваться не только кольцо в традиционном понимании как объект в форме обода, круга, с пустым пространством внутри линии круга, с постоянной шириной обода (высотой), но и объект, обод в котором представляет собой деформированный круг, например, в форме прямоугольника, с пустым пространством внутри линии прямоугольника, с постоянной его шириной (высотой), задающей величину разрядного промежутка.

Использование разрядной ячейки диктуется следующими соображениями. В предлагаемом решении окисление проводят плазмой таунсендовского разряда с энергиями ионов менее 1 эВ, обеспечивающими по сравнению с указанным ближайшим аналогом небольшую длину свободного пробега ионов. Длина свободного пробега уменьшается вместе с энергией ионов. При достаточно больших значениях энергии ионов, в частности, как в случае тлеющего разряда, длина свободного пробега ионов может быть намного больше межэлектродных областей, и высокоэнергетичные ионы могут быть активными во всей области камеры, куда в состоянии долететь. В предлагаемом техническом решении для использования активности ионов необходимо обеспечить согласование длины свободного пробега ионов с линейными размерами окисляемой области. Необходимо, чтобы длина свободного пробега ионов была порядка линейных размеров окисляемой области. Самый простой метод обеспечения одного и того же межэлектродного расстояния по всей площади (однородность окисления всей площади, которая претерпевает воздействие плазмы) - воспользоваться кольцом, задающим своей шириной такое межэлектродное расстояние (разрядный промежуток), при котором ионы с энергиями ионов менее 1 эВ гарантированно достигают анода и вступают во взаимодействие с материалом рабочей поверхности окисляемой подложки. При этом для каждого межэлектродного расстояния подбирается соответствующий параметр p⋅d, который обеспечивает таунсендовский режим (низкую энергию ионов, менее 1 эВ) и равномерное окисление поверхности образца по всей площади. Диаметр кольца может быть увеличен, если необходимо формировать оксидный слой на большей площади.

Разрядную ячейку собирают не замкнутую. Кольцо выполнено с прорезями, позволяющими проникать окислительной газовой среде в разрядный промежуток. В этом смысле горение разряда осуществляют в незамкнутом пространстве, также как и в приведенном ближайшем аналоге - в свободном пространстве вакуумной камеры, не ограничивая его стенками вакуумной камеры.

Окисление осуществляют при напряжении на разрядном промежутке соответствующему нормальному или переходному режиму таунсендовского разряда, равном постоянной величине. В частности, его берут равным от 300 до 600 В (см. Фиг. 2), включая указанные значения. Величина тока при окислении в предлагаемом решении не превышает 100 мкА.

Перед загрузкой подложки InAs и выращиванием диэлектрического слоя вакуумную разрядную камеру откачивают, создавая уровень вакуума в ней достаточный для подавления влияния остаточных примесей на качество диэлектрического слоя, соответствующий выращиванию диэлектрического слоя в составе окислов материала подложки. Уровень вакуума составляет от 10^-3 до 10^-2 Торр, включая указанные значения Торр, что является достаточным. Откачка может производиться и до более глубокого вакуума, например, как в ближайшем аналоге - от 10^-7 до 10^-9 Торр, включая указанные значения. Однако такая мера избыточна.

После осуществления откачки вакуумной разрядной камеры и загрузки подложки, камеру заполняют окислительной газовой средой, содержащей кислород и фтор. Может также быть другая последовательность действий: заполняют камеру окислительной средой, после чего осуществляют загрузку подложки для формирования диэлектрического слоя. Кроме того, если используют очистку, известную из вышеприведенного ближайшего аналога, то возможен следующий порядок действий: сначала в вакуумную камеру осуществляют загрузку подложки для формирования диэлектрического слоя, вакуумную камеру откачивают, создавая уровень вакуума в ней достаточный для подавления влияния остаточных примесей на качество диэлектрического слоя, соответствующий выращиванию диэлектрического слоя в составе окислов материала подложки, затем заполняют камеру окислительной средой. Как указано в ближайшем аналоге в результате очистки поверхность подложки не окисляется, в частности, в кислородсодержащей атмосфере при давлении 0,15 Торр при комнатной температуре - 293÷295 К в течение длительного времени, более 1 часа. Таким образом, возможна сначала загрузка подложки, а затем откачка камеры до уровня вакуума, достаточного для проведения анодирования, который составляет от 10^-3 до 10^-2 Торр, включая указанные значения.

Использование окислительной среды, содержащей кислород и фтор, обеспечивает, как показывают данные высокоразрешающей электронной микроскопии на просвет (см. Фиг. 3), формирование упорядоченного, изовалентного и изоэлектронного объему полупроводника переходного слоя, состоящего, по данным рентгеновской фотоэлектронной микроскопии (см. Фиг. 4), из оксифторидов индия и мышьяка. Соотношение фтора и кислорода в получаемых анодных слоях (формируемых диэлектрических слоях), задаваемое соотношением соответствующих реагентов в смеси окислительной газовой среды, определяет электрофизические характеристики получаемых МДП структур. Снижение величины встроенного заряда у изготавливаемых структур до вышеуказанных величин, менее 5×10¹¹ см^-2, как показывают квантово-механические расчеты, обеспечивается за счет увеличения положительного заряда на атомах мышьяка, образующих прилежащий к поверхности InAs первый слой переходного слоя (или переходной области) на границе фторсодержащего оксидного слоя - диэлектрического слоя и подложки InAs. Увеличение положительного заряда на атомах мышьяка происходит в результате связывания мышьяка с электроотрицательным фтором. К данному выводу можно прийти путем сравнения теоретических расчетов изменения электронной плотности на атомах индия и мышьяка при адсорбции кислорода, при адсорбции фтора и при совместной адсорбции.

Источником кислорода и фтора окислительной среды являются, соответственно, О₂ и CF₄. Выбор указанного фторсодержащего реагента обусловлен следующим.

В качестве альтернативных вариантов можно рассматривать фторсодержащие реагенты SF₆ и NF₃. Эти реагенты использовались в приведенном ближайшем аналоге в качестве источника фтора. Однако при использовании SF₆ может происходить загрязнение границы раздела серой. Реагент NF₃ по сравнению с CF₄ из-за более прочной связи является более прочным (химически инертным) веществом. Как следствие, он менее реакционноспособен. При его использовании требуются более жесткие условия для его разложения с получением ионов и/или радикалов фтора, необходимых для протекания реакции фторирования.

Указанные реагенты для получения окислительной газовой среды подают в смеси Ar:O₂:CF₄. При этом используют состав Ar:O₂:CF₄ в соотношении (80-х) % : 20% : х %, где х - количество CF₄, равное от 5% до 20%, включая указанные значения. Конкретное соотношение в смеси на практике задают посредством использования регуляторов расхода газа. Указанный состав при выдерживании указанного соотношения реагентов обеспечивает величину встроенного заряда менее 5×10¹¹ см^-2, она мала и в указанном диапазоне значительно не изменяется. Характерный диапазон величины встроенного заряда - (1÷5)×10¹¹ см^-2.

После заполнения вакуумной разрядной камеры окислительной газовой средой и сборки разрядной ячейки, либо установки анода и катода на расстоянии, выбираемом с учетом соблюдения условия стационарности газоразрядной плазмы, не прибегая к сборке разрядной ячейки, создают разряд в разрядном промежутке (см. Фиг. 1) при подаче на электроды напряжения значением от 300 до 600 В, включая указанные значения (см. Фиг. 2). Проводят анодирование с использованием режима нормального и переходного таунсендовского разряда. Используют плотности тока от 10 до 60 мкА/см², включая указанные значения.

Давление окислительной газовой среды поддерживают обеспечивающим стабильное горение разряда, с формированием в разрядном промежутке латерально однородного разряда. В частности, давление поддерживают величиной, которой обеспечивают значение произведения p⋅d, равной от 0,2 до 1,2 Торр⋅см, включая указанные значения, где р - давление, d - межэлектродное расстояние.

Формируют диэлектрический слой анодированием рабочей поверхности подложки InAs в плазме в течение времени от 30 до 180 минут, включая указанные значения. В результате указанной операции получают диэлектрический слой, содержащий оксифториды индия и мышьяка, толщиной от 5 до 20 нм, включая указанные значения.

В финале на диэлектрический слой напыляют слой металла - золота, завершая этим изготовление МДП-структуры. При этом используют маску, обеспечивающую площадь напыления около 2×10^-3 см².

В качестве сведений, подтверждающих возможность осуществления способа с достижением технического результата, приводим нижеследующие примеры реализации.

Пример 1.

При изготовлении МДП-структуры на основе InAs сначала полупроводниковую подложку InAs подвергают предварительной обработке. При обработке проводят очистку поверхности ее от загрязнений и естественного окисла. Предварительную обработку, проводят при условиях, обеспечивающих полную очистку поверхности от загрязнений и естественного окисла с достижением стабильности и инертности рабочей поверхности в условиях отсутствия воздействия окислительной среды, плазмы. Осуществляют обработку в два этапа. На первом этапе обеспечивают полную очистку поверхности от загрязнений.

На втором этапе - достижением стабильности и инертности рабочей поверхности в условиях отсутствия воздействия окислительной среды, плазмы посредством удаления собственного окисного слоя с рабочей поверхности подложки и формирования на ней пассивирующего слоя мышьяка. Полную очистку поверхности от загрязнений проводят при комнатной температуре - 293÷295 К, в растворе моноэтаноламина с перекисью водорода с соотношением 1:1, подложку обрабатывают около 2 минут, затем промывают деионизованной водой в течение 5 минут, сушат в потоке аргона. Достижение стабильности и инертности рабочей поверхности в условиях отсутствия воздействия окислительной среды, плазмы посредством удаления собственного окисного слоя с рабочей поверхности подложки и формирования на ней пассивирующего слоя мышьяка осуществляют при комнатной температуре - 293÷295 К, в инертной среде с реализацией проточного режима инертного газа, образующего инертную среду. К удалению окисного слоя и пассивированию приступают после продувки камеры инертным газом в течение примерно часа при избыточном давлении около 10 Торр. В качестве инертной среды используют атмосферу азота. Подложку обрабатывают в растворе соляной кислоты, насыщенной парами изопропилового спирта. Время обработки выбирают 2 минуты, завершают обработку промывкой подложки в чистом изопропиловом спирте и сушкой, которые проводят также в инертной среде - атмосфере азота.

После окончания предварительной обработки, очищающей поверхность подложки, проводимой при условиях, обеспечивающих полную очистку поверхности от загрязнений и естественного окисла с достижением стабильности и инертности рабочей поверхности в условиях отсутствия воздействия окислительной среды, плазмы, избегая окисляющего воздействия, подложку загружают в вакуумную разрядную камеру. Предварительно вакуумную камеру откачивают, создавая уровень вакуума в ней достаточный для подавления влияния остаточных примесей на качество диэлектрического слоя, соответствующий выращиванию диэлектрического слоя в составе окислов материала подложки, затем заполняют камеру аргоном, после чего камеру открывают и загружают в нее подложку для формирования диэлектрического слоя. Перед загрузкой в боксе с инертной атмосферой собирают разрядную ячейку в составе анода, в качестве которого берут саму подложку InAs, катода, выполненного в составе подложки сапфира с нанесенным на поверхность, обращенную к аноду, полупрозрачным слоем окиси индия, легированным окисью олова, ограничительного кольца из сапфира, расположенного между электродами и задающего своей шириной величину разрядного промежутка. Величину разрядного промежутка задают равной 0,03 см. В качестве подложки сапфира для катода берут двухдюймовую подложку. Диаметр активной площади электрода обеспечивают равным около 13 мм. В качестве подложки InAs, выполняющей при формировании на ней слоя диэлектрика функции анода, используют коммерчески доступную подложку, состоящую из подложки n⁺-типа InAs (111)А с концентрацией электронов на уровне 10¹⁸ см^-3 и сформированного на ее поверхности эпитаксиального слоя InAs с концентрацией электронов (1÷5)×10¹⁵ см^-3. Подложку InAs устанавливают в разрядной ячейке, параллельно располагая рабочую поверхность подложки InAs и поверхность катода - полупрозрачного слоя окиси индия. Ячейку выполняют с возможностью проникновения окислительной газовой среды в разрядный промежуток за счет предусмотренных в кольце в этих целях прорезей. После загрузки разрядной ячейки вакуумную камеру откачивают, создавая уровень вакуума в ней достаточный для подавления влияния остаточных примесей на качество диэлектрического слоя, соответствующий выращиванию диэлектрического слоя в составе окислов материала подложки, равный около 10^-3 Торр, а затем заполняют окислительной средой. При проведении процесса используют камеру CCD, которую устанавливают с возможностью размещения катода между анодом и камерой CCD. При этом используют вакуумную разрядную камеру, снабженную прозрачным окном, с одной стороны которого, в вакуумной разрядной камере располагают катод, а с другой стороны, вне вакуумной камеры, - камеру CCD, располагая ее напротив полупрозрачного катода с возможностью выполнения ею функции фоторегистрации при горении плазмы. Камеру CCD используют для латерального контроля однородности плазмы таунсендовского разряда.

Далее на подложке в вакуумной камере проводят формирование диэлектрического слоя посредством анодного окисления подложки - анодирование рабочей поверхности подложки в плазме. В качестве окислительной газовой среды используют окислительную газовую среду, содержащую кислород и фтор, с составом Ar:O₂:CF₄ в соотношении (80-х) % : 20% : х %, где х - количество CF₄, равное 5%. В качестве плазмы используют плазму таунсендовского разряда в нормальном и переходном режиме его горения. Подложку помещают на расстоянии от катода - 0,03 см. Давление окислительной газовой среды устанавливают обеспечивающим стабильное горение разряда, с формированием в разрядном промежутке латерально однородного разряда. Давление поддерживают величиной, которой обеспечивают значение произведения p⋅d, равной 0,2 Торр⋅см, где р - давление, d - межэлектродное расстояние. Используемую плазму создают посредством разряда в разрядном промежутке - расстоянии от катода до анода - 0,03 см при подаче на электроды напряжения значением 300 В. Используют при этом плотность тока 60 мкА/см².

Проводят формирование диэлектрического слоя посредством анодного окисления подложки - анодирование рабочей поверхности подложки в плазме в течение времени 120 минут. В результате получают слой толщиной 20 нм.

В финале на диэлектрический слой напыляют слой металла. Напыляют слой золота, используя при этом маску, обеспечивающую площадь напыления около 2×10^-3 см².

Пример 2.

При изготовлении МДП-структуры на основе InAs сначала полупроводниковую подложку InAs подвергают предварительной обработке. При обработке проводят очистку поверхности ее от загрязнений и естественного окисла. Предварительную обработку, проводят при условиях, обеспечивающих полную очистку поверхности от загрязнений и естественного окисла с достижением стабильности и инертности рабочей поверхности в условиях отсутствия воздействия окислительной среды, плазмы. Осуществляют обработку в два этапа. На первом этапе обеспечивают полную очистку поверхности от загрязнений. На втором этапе - достижением стабильности и инертности рабочей поверхности в условиях отсутствия воздействия окислительной среды, плазмы посредством удаления собственного окисного слоя с рабочей поверхности подложки и формирования на ней пассивирующего слоя мышьяка. Полную очистку поверхности от загрязнений проводят при комнатной температуре - 293÷295 К, в растворе моноэтаноламина с перекисью водорода с соотношением 1:1, подложку обрабатывают около 4 минут, затем промывают деионизованной водой в течение 6 минут, сушат в потоке аргона. Достижение стабильности и инертности рабочей поверхности в условиях отсутствия воздействия окислительной среды, плазмы посредством удаления собственного окисного слоя с рабочей поверхности подложки и формирования на ней пассивирующего слоя мышьяка осуществляют при комнатной температуре - 293÷295 К, в инертной среде с реализацией проточного режима инертного газа, образующего инертную среду. К удалению окисного слоя и пассивированию приступают после продувки камеры инертным газом в течение примерно часа при избыточном давлении около 10 Торр. В качестве инертной среды используют атмосферу азота. Подложку обрабатывают в растворе соляной кислоты, насыщенной парами изопропилового спирта. Время обработки выбирают 4 минуты, завершают обработку промывкой подложки в чистом изопропиловом спирте и сушкой, которые проводят также в инертной среде - атмосфере азота.

После окончания предварительной обработки, очищающей поверхность подложки, проводимой при условиях, обеспечивающих полную очистку поверхности от загрязнений и естественного окисла с достижением стабильности и инертности рабочей поверхности в условиях отсутствия воздействия окислительной среды, плазмы, избегая окисляющего воздействия, подложку загружают в вакуумную разрядную камеру. Предварительно вакуумную камеру откачивают, создавая уровень вакуума в ней достаточный для подавления влияния остаточных примесей на качество диэлектрического слоя, соответствующий выращиванию диэлектрического слоя в составе окислов материала подложки, затем заполняют аргоном и осуществляют загрузку подложки для формирования диэлектрического слоя. После чего вакуумную камеру откачивают, создавая уровень вакуума в ней достаточный для подавления влияния остаточных примесей на качество диэлектрического слоя, соответствующий выращиванию диэлектрического слоя в составе окислов материала подложки, равный около 10^-2 Торр и заполняют камеру окислительной средой. Перед загрузкой подложки в боксе с инертной атмосферой собирают разрядную ячейку в составе анода, в качестве которого берут саму подложку InAs, катода, выполненного в составе подложки сапфира с нанесенным на поверхность, обращенную к аноду, полупрозрачным слоем окиси индия, легированным окисью олова, ограничительного кольца из сапфира, расположенного между электродами и задающего своей шириной величину разрядного промежутка. Величину разрядного промежутка задают равной 0,06 см. В качестве подложки сапфира для катода берут двухдюймовую подложку. Диаметр активной площади электрода обеспечивают равным около 13 мм. В качестве подложки InAs, выполняющей при формировании на ней слоя диэлектрика функции анода, используют коммерчески доступную подложку, состоящую из подложки n⁺-типа InAs (111)А с концентрацией электронов на уровне 10¹⁸ см^-3 и сформированного на ее поверхности эпитаксиального слоя InAs с концентрацией электронов (1÷5)×10¹⁵ см^-3. Подложку InAs устанавливают в разрядной ячейке, параллельно располагая рабочую поверхность подложки InAs и поверхность катода - полупрозрачного слоя окиси индия. Ячейку выполняют с возможностью проникновения окислительной газовой среды в разрядный промежуток за счет предусмотренных в кольце в этих целях прорезей. При проведении процесса используют камеру CCD, которую устанавливают с возможностью размещения катода между анодом и камерой CCD. При этом используют вакуумную разрядную камеру, снабженную прозрачным окном, с одной стороны которого, в вакуумной разрядной камере располагают катод, а с другой стороны, вне вакуумной камеры, - камеру CCD, располагая ее напротив полупрозрачного катода с возможностью выполнения ею функции фоторегистрации при горении плазмы. Камеру CCD используют для латерального контроля однородности плазмы таунсендовского разряда.

Затем на подложке в вакуумной камере проводят формирование диэлектрического слоя посредством анодного окисления подложки - анодирование рабочей поверхности подложки в плазме. В качестве окислительной газовой среды используют окислительную газовую среду, содержащую кислород и фтор, с составом Ar:O₂:CF₄ в соотношении (80-х) % : 20% : х %, где х - количество CF₄, равное 6%. В качестве плазмы используют плазму таунсендовского разряда в нормальном и переходном режиме его горения. Подложку помещают на расстоянии от катода, выбираемом с учетом соблюдения условия стационарности газоразрядной плазмы, - 0,06 см. Давление окислительной газовой среды устанавливают обеспечивающим стабильное горение разряда, с формированием в разрядном промежутке латерально однородного разряда. Давление поддерживают величиной, которой обеспечивают значение произведения p⋅d, равной 0,6 Торр⋅см, где р - давление, d - межэлектродное расстояние. Используемую плазму создают посредством разряда в разрядном промежутке - расстоянии от катода до анода, выбираемом с учетом соблюдения условия стационарности газоразрядной плазмы, - 0,06 см, при подаче на электроды напряжения значением 460 В. Используют при этом плотность тока 10 мкА/см².

Проводят формирование диэлектрического слоя посредством анодного окисления подложки - анодирование рабочей поверхности подложки в плазме в течение времени 100 минут. В результате получают слой толщиной 17 нм.

В финале на диэлектрический слой напыляют слой металла. Напыляют слой золота, используя при этом маску, обеспечивающую площадь напыления около 2×10^-3 см².

Пример 3.

При изготовлении МДП-структуры на основе InAs сначала полупроводниковую подложку InAs подвергают предварительной обработке. При обработке проводят очистку ее поверхности от загрязнений и естественного окисла. Предварительную обработку, проводят при условиях, обеспечивающих полную очистку поверхности от загрязнений и естественного окисла с достижением стабильности и инертности рабочей поверхности в условиях отсутствия воздействия окислительной среды, плазмы. Осуществляют обработку в два этапа. На первом этапе обеспечивают полную очистку поверхности от загрязнений.

На втором этапе - достижение стабильности и инертности рабочей поверхности в условиях отсутствия воздействия окислительной среды, плазмы посредством удаления собственного окисного слоя с рабочей поверхности подложки и формирования на ней пассивирующего слоя мышьяка. Полную очистку поверхности от загрязнений проводят при комнатной температуре - 293÷295 К, в растворе моноэтаноламина с перекисью водорода с соотношением 1:1, подложку обрабатывают около 3 минут, затем промывают деионизованной водой в течение 4 минут, сушат в потоке аргона. Достижение стабильности и инертности рабочей поверхности в условиях отсутствия воздействия окислительной среды, плазмы посредством удаления собственного окисного слоя с рабочей поверхности подложки и формирования на ней пассивирующего слоя мышьяка осуществляют при комнатной температуре - 293÷295 К, в инертной среде с реализацией проточного режима инертного газа, образующего инертную среду. К удалению окисного слоя и пассивированию приступают после продувки камеры инертным газом в течение примерно часа при избыточном давлении около 10 Торр. В качестве инертной среды используют атмосферу азота. Подложку обрабатывают в растворе соляной кислоты, насыщенной парами изопропилового спирта. Время обработки выбирают 3 минуты, завершают обработку промывкой подложки в чистом изопропиловом спирте и сушкой, которые проводят также в инертной среде - атмосфере азота.

После окончания предварительной обработки, очищающей поверхность подложки, проводимой при условиях, обеспечивающих полную очистку поверхности от загрязнений и естественного окисла с достижением стабильности и инертности рабочей поверхности в условиях отсутствия воздействия окислительной среды, плазмы, избегая окисляющего воздействия, подложку загружают в вакуумную разрядную камеру. После загрузки подложки вакуумную камеру откачивают, создавая уровень вакуума в ней достаточный для подавления влияния остаточных примесей на качество диэлектрического слоя, после чего заполняют камеру окислительной средой для формирования диэлектрического слоя. Вакуумную камеру откачивают, создавая уровень около 9×10^-2 Торр, и заполняют окислительной средой. Перед загрузкой подложки собирают в боксе с инертной атмосферой разрядную ячейку в составе анода, в качестве которого берут саму подложку InAs, катода, выполненного в составе подложки сапфира с нанесенным на поверхность, обращенную к аноду, полупрозрачным слоем окиси индия, легированным окисью олова, ограничительного кольца из сапфира, расположенного между электродами и задающего своей шириной величину разрядного промежутка. Величину разрядного промежутка задают равной 0,07 см. В качестве подложки сапфира для катода берут двухдюймовую подложку. Диаметр активной площади электрода обеспечивают равным около 13 мм. В качестве подложки InAs, выполняющей при формировании на ней слоя диэлектрика функции анода, используют коммерчески доступную подложку, состоящую из подложки n⁺-типа InAs (111)А с концентрацией электронов на уровне 10¹⁸ см^-3 и сформированного на ее поверхности эпитаксиального слоя InAs с концентрацией электронов (1÷5)×10¹⁵ см^-3. Подложку InAs устанавливают в разрядной ячейке, параллельно располагая рабочую поверхность подложки InAs и поверхность катода - полупрозрачного слоя окиси индия.

Ячейку выполняют с возможностью проникновения окислительной газовой среды в разрядный промежуток за счет предусмотренных в кольце в этих целях прорезей. При проведении процесса используют камеру CCD, которую устанавливают с возможностью размещения катода между анодом и камерой CCD. При проведении процесса используют вакуумную разрядную камеру, снабженную прозрачным окном, с одной стороны которого, в вакуумной разрядной камере располагают катод, а с другой стороны, вне вакуумной камеры, - камеру CCD, располагая ее напротив полупрозрачного катода с возможностью выполнения ею функции фоторегистрации при горении плазмы. Камеру CCD используют для латерального контроля однородности плазмы таунсендовского разряда.

Затем на подложке в вакуумной камере проводят формирование диэлектрического слоя посредством анодного окисления подложки - анодирование рабочей поверхности подложки в плазме. В качестве окислительной газовой среды используют окислительную газовую среду, содержащую кислород и фтор, с составом Ar:O₂:CF₄ в соотношении (80-х) % : 20% : х %, где х - количество CF₄, равное 20%. В качестве плазмы используют плазму таунсендовского разряда в нормальном и переходном режиме его горения. Подложку помещают на расстоянии от катода, выбираемом с учетом соблюдения условия стационарности газоразрядной плазмы, - 0,07 см. Давление окислительной газовой среды устанавливают обеспечивающим стабильное горение разряда, с формированием в разрядном промежутке латерально однородного разряда. Давление поддерживают величиной, которой обеспечивают значение произведения p⋅d, равной 0,63 Торр⋅см, где р - давление, d - межэлектродное расстояние. Используемую плазму создают посредством разряда в разрядном промежутке - расстоянии от катода до анода, выбираемом с учетом соблюдения условия стационарности газоразрядной плазмы, - 0,07 см, при подаче на электроды напряжения значением 440 В. Используют при этом плотность тока 15 мкА/см².

Проводят формирование диэлектрического слоя посредством анодного окисления подложки - анодирование рабочей поверхности подложки в плазме в течение времени 90 минут. В результате получают слой толщиной 15 нм.

В финале на диэлектрический слой напыляют слой металла. Напыляют слой золота, используя при этом маску, обеспечивающую площадь напыления около 2×10^-3 см².

Пример 4.

При изготовлении МДП-структуры на основе InAs сначала полупроводниковую подложку InAs подвергают предварительной обработке. При обработке проводят очистку ее поверхности от загрязнений и естественного окисла. Предварительную обработку, проводят при условиях, обеспечивающих полную очистку поверхности от загрязнений и естественного окисла с достижением стабильности и инертности рабочей поверхности в условиях отсутствия воздействия окислительной среды, плазмы. Осуществляют обработку в два этапа.

Сначала выполняют химическую очистку, приводящую к удалению поверхностных загрязнений и естественного окисла. Затем - очистку посредством термообработки, удаляющей остаточные примеси после химической обработки и дефекты поверхности, которую проводят в условиях отсутствия воздействия окислительной среды, в частности, в вакууме.

Стадию химической очистки, приводящую к удалению поверхностных загрязнений и естественного окисла подложки InAs проводят сначала путем кипячения в толуоле в течение промежутка времени, достаточного для удаления загрязнений - обезжиривания и получения поверхности подложки, покрытой аморфной окисной пленкой из естественных окислов индия и мышьяка. Кипячение в толуоле проводят около 10 минут. Затем подложку подвергают воздействию насыщенного соляной кислотой изопропилового спирта в течение промежутка времени, удаляющего естественные окислы и не вызывающего нарастания загрязнения хлором, не вызывающего нарастания компоненты окисленного мышьяка и шероховатости поверхности. Продолжительность воздействия составляет 30 минут.

Стадию очистки посредством термообработки, удаляющей остаточные примеси после химической обработки и, кроме того, дефекты поверхности в виде «ямок» и «шипов», проводят в вакууме. Уровень вакуума поддерживают обеспечивающим отсутствие адсорбции остаточных газов на поверхность подложки - 10^-7 Торр. Температуру поддерживают, достаточной для исчезновения дефектов и очистки поверхности от оставшихся загрязнений после химической обработки и не вызывающей нарушение стехиометрии из-за испарения мышьяка, а именно, 400°С. Время термообработки выбирают, исходя из условия полного исчезновения дефектов и полной очистки поверхности от оставшихся загрязнений после химической обработки, - 60 минут.

После окончания предварительной обработки, очищающей поверхность подложки, проводимой при условиях, обеспечивающих полную очистку поверхности от загрязнений и естественного окисла с достижением стабильности и инертности рабочей поверхности в условиях отсутствия воздействия окислительной среды, подложку загружают в вакуумную разрядную камеру.

Перед проведением анодирования сначала в вакуумную камеру осуществляют загрузку подложки для формирования диэлектрического слоя, вакуумную камеру откачивают, создавая уровень вакуума в ней достаточный для подавления влияния остаточных примесей на качество диэлектрического слоя, соответствующий выращиванию диэлектрического слоя в составе окислов материала подложки, затем заполняют камеру окислительной средой.

Вакуумную камеру откачивают, создавая уровень вакуума в ней достаточный для подавления влияния остаточных примесей на качество диэлектрического слоя, соответствующий выращиванию диэлектрического слоя в составе окислов материала подложки, равный около 1×10^-3 Торр. Перед загрузкой подложки собирают разрядную ячейку в составе анода, в качестве которого берут саму подложку InAs, катода, выполненного в составе подложки сапфира с нанесенным на поверхность, обращенную к аноду, полупрозрачным слоем окиси индия, легированным окисью олова, ограничительного кольца из сапфира, расположенного между электродами и задающего своей шириной величину разрядного промежутка. Величину разрядного промежутка задают равной 0,3 см. В качестве подложки сапфира для катода берут двухдюймовую подложку. Диаметр активной площади электрода обеспечивают равным около 13 мм. В качестве подложки InAs, выполняющей при формировании на ней слоя диэлектрика функции анода, используют коммерчески доступную подложку, состоящую из подложки n⁺-типа InAs (111)А с концентрацией электронов на уровне 10¹⁸ см^-3 и сформированного на ее поверхности эпитаксиального слоя InAs с концентрацией электронов (1÷5)×10¹⁵ см^-3. Подложку InAs устанавливают в разрядной ячейке, параллельно располагая рабочую поверхность подложки InAs и поверхность катода - полупрозрачного слоя окиси индия. Ячейку выполняют с возможностью проникновения окислительной газовой среды в разрядный промежуток за счет предусмотренных в кольце в этих целях прорезей. Разрядную ячейку собирают перед загрузкой в боксе, в котором осуществляют очистку посредством термообработки, удаляющей остаточные примеси после химической обработки и дефекты поверхности, которую проводят в условиях отсутствия воздействия окислительной среды - в вакууме. При проведении процесса используют камеру CCD, которую устанавливают с возможностью размещения катода между анодом и камерой CCD. При проведении процесса используют вакуумную разрядную камеру, снабженную прозрачным окном, с одной стороны которого, в вакуумной разрядной камере располагают катод, а с другой стороны, вне вакуумной камеры, - камеру CCD, располагая ее напротив полупрозрачного катода с возможностью выполнения ею функции фоторегистрации при горении плазмы. Камеру CCD используют для латерального контроля однородности плазмы таунсендовского разряда.

Затем на подложке в вакуумной камере проводят формирование диэлектрического слоя посредством анодного окисления подложки - анодирование рабочей поверхности подложки в плазме. В качестве окислительной газовой среды используют окислительную газовую среду, содержащую кислород и фтор, с составом Ar:O₂:CF₄ в соотношении (80-х) % : 20% : х %, где х - количество CF₄, равное 20%. В качестве плазмы используют плазму таунсендовского разряда в нормальном и переходном режиме его горения. Подложку помещают на расстоянии от катода, выбираемом с учетом соблюдения условия стационарности газоразрядной плазмы, - 0,3 см. Давление окислительной газовой среды устанавливают обеспечивающим стабильное горение разряда, с формированием в разрядном промежутке латерально однородного разряда. Давление поддерживают величиной, которой обеспечивают значение произведения p⋅d, равной 1,2 Торр⋅см, где р - давление, d - межэлектродное расстояние. Используемую плазму создают посредством разряда в разрядном промежутке - расстоянии от катода до анода, выбираемом с учетом соблюдения условия стационарности газоразрядной плазмы, - 0,3 см, при подаче на электроды напряжения значением 600 В. Используют при этом плотность тока 60 мкА/см².

Проводят формирование диэлектрического слоя посредством анодного окисления подложки - анодирование рабочей поверхности подложки в плазме в течение времени 40 минут. В результате получают слой толщиной 8 нм.

В финале на диэлектрический слой напыляют слой металла. Напыляют слой золота, используя при этом маску, обеспечивающую площадь напыления около 2×10^-3 см².

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. После чего на подложке в вакуумной камере проводят формирование диэлектрического слоя посредством анодного окисления подложки - анодирование рабочей поверхности подложки в плазме. По завершении анодирования на диэлектрический слой напыляют слой металла. Предварительную обработку проводят при условиях, обеспечивающих полную очистку поверхности от загрязнений и естественного окисла с достижением стабильности и инертности рабочей поверхности в условиях отсутствия воздействия окислительной среды, плазмы. Анодирование осуществляют с использованием окислительной газовой среды с составом Ar:O₂:CF₄ в соотношении (80-х)% : 20% : x%, где х - количество CF₄, равное от 5% до 20%. В качестве плазмы используют плазму таунсендовского разряда в нормальном и переходном режиме его горения. При этом подложку помещают на расстоянии от катода, выбираемом с учетом соблюдения условия стационарности газоразрядной плазмы. Давление окислительной газовой среды поддерживают обеспечивающим стабильное горение разряда с формированием в разрядном промежутке латерально однородного разряда. В результате обеспечивается снижение величины встроенного заряда до значений менее 5×10¹¹ см^-2, улучшается однородность по толщине и химическому составу диэлектрического слоя на большей площади исходной пластины. 12 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ изготовления МДП-структуры на основе InAs, заключающийся в том, что полупроводниковую подложку InAs подвергают предварительной обработке, включающей очистку поверхности ее от загрязнений и естественного окисла, затем на подложке в вакуумной камере проводят формирование диэлектрического слоя посредством анодного окисления подложки - анодирование рабочей поверхности подложки в плазме, после чего на диэлектрический слой напыляют слой металла, предварительную обработку проводят при условиях, обеспечивающих полную очистку поверхности от загрязнений и естественного окисла с достижением стабильности и инертности рабочей поверхности в условиях отсутствия воздействия окислительной среды, плазмы, анодирование осуществляют с использованием окислительной газовой среды, отличающийся тем, что в качестве окислительной газовой среды используют окислительную газовую среду, содержащую кислород и фтор, с составом Ar:O₂:CF₄ в соотношении (80-x)%:20%:x%, где x - количество CF₄, равное от 5% до 20%, включая указанные значения, а в качестве плазмы используют плазму таунсендовского разряда в нормальном и переходном режиме его горения, при этом подложку помещают на расстоянии от катода, выбираемом с учетом соблюдения условия стационарности газоразрядной плазмы, давление окислительной газовой среды поддерживают обеспечивающим стабильное горение разряда с формированием в разрядном промежутке латерально однородного разряда.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед проведением анодирования сначала вакуумную камеру откачивают, создавая уровень вакуума в ней, достаточный для подавления влияния остаточных примесей на качество диэлектрического слоя, соответствующий выращиванию диэлектрического слоя в составе окислов материала подложки, затем заполняют камеру окислительной средой, после чего осуществляют загрузку подложки для формирования диэлектрического слоя.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед проведением анодирования сначала осуществляют загрузку подложки для формирования диэлектрического слоя, затем вакуумную камеру откачивают, создавая уровень вакуума в ней, достаточный для подавления влияния остаточных примесей на качество диэлектрического слоя, соответствующий выращиванию диэлектрического слоя в составе окислов материала подложки, после чего заполняют камеру окислительной средой.

4. Способ по п. 2 или 3, отличающийся тем, что перед загрузкой подложки в вакуумную камеру в боксе с инертной атмосферой собирают разрядную ячейку в составе анода, в качестве которого берут саму подложку InAs, катода, выполненного в составе подложки сапфира с нанесенным на поверхность, обращенную к аноду, полупрозрачным слоем окиси индия, легированным окисью олова, ограничительного кольца из сапфира, расположенного между электродами и задающего своей шириной величину разрядного промежутка, величину разрядного промежутка задают равной от 0,03 до 0,3 см, включая указанные значения, в качестве подложки сапфира для катода берут двухдюймовую подложку, а диаметр активной площади электрода обеспечивают равным около 13 мм, в качестве подложки InAs, выполняющей при формировании на ней слоя диэлектрика функции анода, используют коммерчески доступную подложку, состоящую из подложки n⁺-типа InAs (111)A с концентрацией электронов на уровне 10¹⁸ см^-3 и сформированного на ее поверхности эпитаксиального слоя InAs с концентрацией электронов (1÷5)×10¹⁵ см^-3, подложку InAs устанавливают в разрядной ячейке, параллельно располагая рабочую поверхность подложки InAs и поверхность катода - полупрозрачного слоя окиси индия, ячейку выполняют с возможностью проникновения окислительной газовой среды в разрядный промежуток за счет предусмотренных в кольце в этих целях прорезей, при проведении процесса используют фоторегистрирующую камеру для латерального контроля однородности плазмы таунсендовского разряда, которую устанавливают с возможностью размещения катода между анодом и камерой, а также используют вакуумную разрядную камеру, снабженную прозрачным окном, с одной стороны которого в вакуумной разрядной камере располагают катод, а с другой стороны, вне вакуумной камеры, - фоторегистрирующую камеру, располагая ее напротив полупрозрачного катода с возможностью выполнения ею функции фоторегистрации при горении плазмы.

5. Способ по п. 2 или 3, отличающийся тем, что вакуумную камеру откачивают, создавая уровень вакуума в ней, достаточный для подавления влияния остаточных примесей на качество диэлектрического слоя, соответствующий выращиванию диэлектрического слоя в составе окислов материала подложки, равный от 10^-3 до 10^-2 Торр, включая указанные значения.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что давление окислительной газовой среды поддерживают обеспечивающим стабильное горение разряда с формированием в разрядном промежутке латерально однородного разряда, а именно давление поддерживают величиной, которой обеспечивают значение произведения p⋅d, равной от 0,2 до 1,2 Торр⋅см, включая указанные значения, где p - давление, d - межэлектродное расстояние.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используемую плазму создают посредством разряда в разрядном промежутке - расстоянии от катода до анода, выбираемом с учетом соблюдения условия стационарности газоразрядной плазмы, при подаче на электроды напряжения значением от 300 до 600 В, включая указанные значения, и используют при этом плотности тока от 10 до 60 мкА/см², включая указанные значения.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что проводят формирование диэлектрического слоя посредством анодного окисления подложки - анодирование рабочей поверхности подложки в плазме в течение времени от 40 до 120 минут, включая указанные значения, в результате получают слой толщиной от 8 до 20 нм, включая указанные значения.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на диэлектрический слой напыляют слой металла - золота, используя при этом маску, обеспечивающую площадь напыления около 2×10^-3 см².

10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что предварительную обработку, очищающую поверхность подложки, проводят при условиях, обеспечивающих полную очистку поверхности от загрязнений и естественного окисла с достижением стабильности и инертности рабочей поверхности в условиях отсутствия воздействия окислительной среды, плазмы, а именно проводят в два этапа, на первом этапе обеспечивают полную очистку поверхности от загрязнений, на втором этапе - достижением стабильности и инертности рабочей поверхности в условиях отсутствия воздействия окислительной среды, плазмы посредством удаления собственного окисного слоя с рабочей поверхности подложки и формирования на ней пассивирующего слоя мышьяка.

11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что полную очистку поверхности от загрязнений проводят при комнатной температуре - 293÷295 К, в растворе моноэтаноламина с перекисью водорода с соотношением 1:1, подложку обрабатывают около 2 минут или более, затем промывают деионизованной водой в течение 5 минут или более, сушат в потоке аргона.

12. Способ по п. 10, отличающийся тем, что достижение стабильности и инертности рабочей поверхности в условиях отсутствия воздействия окислительной среды, плазмы осуществляют посредством удаления собственного окисного слоя с рабочей поверхности подложки и формирования на ней пассивирующего слоя мышьяка, действия осуществляют при комнатной температуре - 293÷295 К, в инертной среде с реализацией проточного режима инертного газа, образующего инертную среду, к удалению окисного слоя и пассивированию приступают после продувки камеры инертным газом в течение примерно часа при избыточном давлении около 10 Торр, в качестве инертной среды используют атмосферу азота, подложку обрабатывают в растворе соляной кислоты, насыщенной парами изопропилового спирта, время обработки выбирают от 2 минут и более, завершают обработку промывкой подложки в чистом изопропиловом спирте и сушкой, которые проводят также в инертной среде - атмосфере азота.

13. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после окончания предварительной обработки, очищающей поверхность подложки, проводимой при условиях, обеспечивающих полную очистку поверхности от загрязнений и естественного окисла с достижением стабильности и инертности рабочей поверхности в условиях отсутствия воздействия окислительной среды, плазмы, избегая окисляющего воздействия, подложку загружают в вакуумную разрядную камеру.