Способ подготовки поверхности InSb подложки для выращивания гетероструктуры методом молекулярно-лучевой эпитаксии Российский патент 2018 года по МПК H01L21/203 H01L21/3105 

Техническое решение относится к полупроводниковым приборам, к технологии их изготовления и может быть использовано при разработке технологии выращивания гетероструктур на подложках InSb для изготовления фокальных диодных фотоприемных матриц.

Предлагаемый к правовой охране «Способ подготовки поверхности InSb подложки для выращивания гетероструктуры методом молекулярно-лучевой эпитаксии» разработан при выполнении прикладных научных исследований по теме: «Разработка научных основ технологии выращивания наногетероэпитаксиальных p⁺/n структур узкозонных полупроводников методом молекулярно-лучевой эпитаксии для матричных инфракрасных фотоприемников и тепловизоров», уникальный идентификатор прикладных научных исследований - RFMEFI60414X0134, в отношении которых заключено Соглашение №14.604.21.0134 о предоставлении субсидий Минобрнауки России.

Создание фокальных диодных фотоприемных матриц нового поколения на основе гетероструктур на InSb методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) требует разработки технологии выращивания гетероструктур на InSb подложках с заданными свойствами, которые, в значительной степени, определяются совершенством поверхности подложек перед МЛЭ ростом.

Получение гладкой на атомарном уровне поверхности InSb обеспечивается вакуумным отжигом в камере МЛЭ роста, при котором удаляют собственный оксидный слой, чье присутствие на поверхности влияет на начальную стадию эпитаксиального роста, повышая плотность дефектов в эпитаксиальных слоях.

Параметры отжига определяются толщиной и составом оксидного слоя, который образуется при контакте поверхности с кислородом воздуха. Его удаление с подложек InSb представляет собой непростую технологическую задачу, обусловленную нарушением стехиометрии поверхности из-за испарения легколетучей сурьмы. Поэтому отжиг подложек InSb проводят при температуре до 440°C в потоке сурьмы. Процессы десорбции оксидов индия и сурьмы с поверхности и начальные стадии роста эпитаксиальных слоев InSb контролируются дифракцией быстрых электронов на отражение (ДБЭО).

Различная температура десорбции оксидов индия и сурьмы в сочетании с низкой температурой разложения InSb (320-340°С) и низким давлением паров In₂O₃ затрудняют получение атомарно-гладкой и одновременно атомарно-чистой поверхности InSb при проведении стандартного термического отжига перед выращиванием гетероструктур. Поэтому разрабатывают различные дополнительные обработки поверхности InSb перед вакуумным отжигом.

Известен способ подготовки поверхности InSb подложки для выращивания гетероструктур методом молекулярно-лучевой эпитаксии (И.Д. Бурлаков, К.О. Болтарь, А.Е. Мирофянченко, П.В. Власов, А.А. Лопухин, Е.В. Пряникова, В.А. Соловьев, А.Н. Семенов, Б.Я. Мельцер, Т.А. Комиссарова, Т.В. Львова, С.И. Иванов «Исследование структур InSb, выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии», Успехи прикладной физики, 2015, том 3, №6, с. 559-565), включающий предварительную обработку поверхности подложки InSb - сульфидирование в одномолярном растворе Na₂S, приводящее к серной пассивации, позволяющей снизить температуру отжига подложки до 400°С вместо традиционно используемой температуры 450°С.

Указанная обработка поверхности подложки InSb в одномолярном растворе Na₂S не может обеспечить такую модификацию поверхности подложки, при которой возможно использование более низких температур отжига при подготовке подложки к росту гетероструктуры.

В качестве ближайшего аналога выбран способ подготовки поверхности InSb подложки для выращивания гетероструктур методом молекулярно-лучевой эпитаксии (W.K. Liu, W.T. Yuen, R.A. Stradling, ((Preparation of InSb substrates for molecular beam epitaxy», J. Vac. Sci. Technol., В 13(4), 1995, p.p. 1539-1545), включающий предварительную обработку поверхности подложки InSb с модификацией состава оксидного слоя, которая обеспечивает в дальнейшем полное удаление оксидов. Указанную предварительную обработку поверхности InSb подложки осуществляют в травителе состава HNO₃:СН₃СООН:HF:H₂O с соотношением 2:1:1:10, с использованием деионизованной воды, получая в результате гладкую поверхность InSb подложки с оксидным слоем, состоящим, в основном, из более летучих, по сравнению с оксидом индия, оксидов сурьмы.

К недостаткам приведенного технического решения относится высокая температура удаления остаточного оксидного слоя, составляющая 440°С. Используемая предварительная обработка поверхности подложки InSb с модификацией состава оксидного слоя не может способствовать снижению температуры, при которой происходит в дальнейшем полное удаление оксидов.

Кроме того, указанный способ неприемлем при использовании epi-ready подложек. При травлении их морфология поверхности может быть существенно ухудшена и загрязнена.

Разработанный способ направлен на решение технической проблемы создания фокальных диодных фотоприемных матриц на основе гетероструктур на InSb методом МЛЭ в части разработки технологии выращивания гетероструктур на InSb подложках с заданными свойствами, которые определяются совершенством поверхности подложек перед МЛЭ ростом, зависящим от ряда параметров, в том числе от температуры предростовой термообработки.

Техническим результатом является:

- достижение снижения температуры, при которой происходит полное удаление оксидного слоя в ростовой камере молекулярно-лучевой эпитаксии, до величины менее 400°С.

Технический результат достигается способом подготовки поверхности подложки InSb для выращивания гетероструктуры методом молекулярно-лучевой эпитаксии, включающим предварительную обработку поверхности подложки InSb с модификацией состава оксидного слоя и последующее удаление подвергшегося модификации оксидного слоя в вакуумной камере установки молекулярно-лучевой эпитаксии с использованием термообработки подложки, в котором при предварительной обработке подложки осуществляют модификацию состава остаточного оксидного слоя на поверхности подложки с получением гидратированного аморфного оксидного слоя из оксидных соединений индия и сурьмы, характеризующегося нестехиометрическим составом обогащенного гидратированными оксидными соединениями индия, для чего 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 способе при проведении предварительной обработки подложки, перед осуществлением модификации состава остаточного оксидного слоя на поверхности подложки, последнюю подвергают очистке от загрязнений следующей последовательностью операций: обезжириванием в растворе моноэтаноламина с перекисью водорода в соотношении 1:1; промыванием водой в течение от 2 до 5 минут, включая указанные значения; сушкой в потоке инертного газа - аргона.

В способе осуществляют модификацию состава остаточного оксидного слоя на поверхности подложки с получением гидратированного аморфного оксидного слоя оксидных соединений индия и сурьмы, характеризующегося нестехиометрическим составом обогащенного гидратированными оксидными соединениями индия, который легколетуч и который при последующем удалении в вакуумной камере установки молекулярно-лучевой эпитаксии с использованием термообработки подложки и подачи к поверхности подложки потока сурьмы удаляют при температуре термообработки 370-390°С.

В способе анодное окисление подложки с остаточным оксидным слоем в водосодержащей щелочной среде для получения в результате предварительной обработки гидратированного аморфного оксидного слоя оксидных соединений индия и сурьмы, характеризующегося нестехиометрическим составом обогащенного гидратированными оксидными соединениями индия, проводят в течение примерно полутора минут, при комнатной температуре 293-295 К, в растворе концентрированного аммиака с этиленгликолем в соотношении 1:5, с рН, равным около 11, а удаление в водосодержащей кислотной среде полученного в ходе окисления оксидного слоя для получения в результате предварительной обработки гидратированного аморфного оксидного слоя оксидных соединений индия и сурьмы, характеризующегося нестехиометрическим составом обогащенного гидратированными оксидными соединениями индия, проводят в течение примерно двух минут, при комнатной температуре 293-295 К, в декапирующем растворе, а именно растворе концентрированной хлористоводородной кислоты с деионизованной водой в соотношении 1:10, с рН, равным около 0,5.

В способе после проведения анодного окисления подложки с остаточным оксидным слоем в водосодержащей щелочной среде подложку промывают водой в течение от 2 до 5 минут, включая указанные значения, и сушат в парах изопропилового спирта.

В способе после проведения удаления в водосодержащей кислотной среде полученного в ходе окисления оксидного слоя подложку промывают водой в течение от 2 до 5 минут, включая указанные значения, и сушат в парах изопропилового спирта.

В способе удаление подвергшегося модификации остаточного оксидного слоя в вакуумной камере установки молекулярно-лучевой эпитаксии с использованием термообработки подложки осуществляют тем, что подложку помещают в камеру предварительного отжига, в которой устанавливают вакуум от 10^-9 до 10^-8 Торр, включая указанные значения, и обезгаживают в течение примерно 2 часов при температуре подложки около 275°С, затем подложку перемещают в ростовую камеру, в которой устанавливают вакуум около 10^-10 Торр, подложку нагревают до температуры около 350°С в течение промежутка времени от 40 до 60 минут, включая указанные значения, при достижении указанной температуры осуществляют удаление оксидного слоя, нагревая подложку со скоростью 2°С/мин до температуры от 370 до 390°С, включая указанные значения, и подавая при этом к поверхности подложки поток сурьмы с эквивалентным давлением около 10^-5 Торр, контролируя его удаление посредством дифракции быстрых электронов на отражение с энергией пучка около 12 кэВ.

Сущность технического решения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемой фигурой, где представлена Таблица, иллюстрирующая влияние на химический состав (соотношение основных компонентов In/Sb, оксидов индия и сурьмы In_ox/Sb_ox), толщину (d), показатель преломления (n) оксидных слоев на поверхности подложки InSb, шероховатость поверхности подложки (Rms), температуру отжига (Т) и качество поверхности после отжига проводимых обработок поверхности InSb, модифицирующих состав оксидного слоя, в средах с различным содержанием воды и кислотностью.

Предлагаемый способ подготовки поверхности InSb подложки для выращивания гетероструктуры молекулярно-лучевой эпитаксией включает три этапа и реализует довольно простой подход. На первом и втором этапах проводят предварительную обработку подложки в целях такой модификации состава остаточного оксидного слоя на поверхности подложки, которая на третьем этапе позволит осуществить удаление подвергшегося модификации остаточного оксидного слоя при температурах менее 400°С. Модификацию осуществляют анодным окислением (первый этап) с последующим удалением выращенного оксидного слоя (второй этап), соответственно, в водосодержащих щелочной и кислотной средах, что и обеспечивает получение легколетучего слоя оксидов с возможностью полного их удаления. На третьем этапе осуществляют обычную предростовую операцию - остаточный оксидный слой, подвергшийся модификации, полностью удаляют в вакууме камеры установки молекулярно-лучевой эпитаксии с использованием термообработки.

При осуществлении модификации состава остаточного оксидного слоя, обеспечивающей в дальнейшем полное удаление оксидов с поверхности подложки, сначала проведением анодного окисления в щелочном электролите, затем удалением выращенного анодного оксидного слоя в водосодержащей кислотной среде, морфология поверхности подложки не изменяется.

На первом этапе, при анодном окислении, подложку InSb и платиновую пластину, являющиеся анодом и катодом, соответственно, погружают в электролит в двухэлектродной ячейке. Проводят окисление в гальваностатическом режиме при заданной плотности тока в течение определенного времени. Затем образец извлекают, промывают в ультрачистой деионизованной воде и сушат в парах изопропилового спирта. На втором этапе, который проводят после первого, подложку погружают в декапирующий водный раствор хлористоводородной кислоты на определенное время, извлекают, промывают в ультрачистой деионизованной воде, сушат в парах изопропилового спирта и загружают подложку в вакуумную камеру установки молекулярно-лучевой эпитаксии.

Данный подход при всей его простоте позволяет, во-первых, осуществлять химическую модификацию оксидного слоя на поверхности epi-ready подложек с сохранением атомарно-гладкой и атомарно-чистой поверхности после вакуумного отжига при достаточно низкой температуре для последующего выращивания слоев методом МЛЭ, во-вторых, использовать особочистые химические вещества, что исключает неконтролируемое загрязнение поверхности, в-третьих, оперировать с легколетучими реагентами, которые легко десорбировать с поверхности посредством термообработки в вакуумной камере установки молекулярно-лучевой эпитаксии перед тем, как приступить к формированию гетероструктуры, что исключает загрязнение поверхности компонентами жидких реагентов, в которой производилась обработка.

При разработке предлагаемого способа подготовки поверхности InSb подложки для выращивания гетероструктуры молекулярно-лучевой эпитаксией отталкивались от особенностей состава и структуры тонких аморфных пленок на поверхности InSb, определяемых химическими свойствами оксидов индия и сурьмы, и их зависимостью от кислотности среды и содержания в ней воды (гидроксил-ионов), заключающихся в том, что только что сформированные тонкие неупорядоченные, нестехиометрического состава аморфные гидратированные слои термодинамически нестабильны, что приводит к повышению их летучести.

Выращивая сначала на поверхности InSb подложки оксидный слой в водном щелочном электролите и затем удаляя анодный слой в водном растворе хлористоводородной кислоты, решают задачу формирования гидратированного аморфного оксидного слоя, обладающего нестехиометрическим составом обогащенного гидратированными оксидными соединениями индия, которые, наряду с гидратированными оксидными соединениями сурьмы, являются легколетучими и легко удаляются в ростовой камере установки молекулярно-лучевой эпитаксии известной процедурой при подготовке поверхности к росту гетероструктуры с использованием термообработки, но, в отличие от известных решений, при температуре ниже 400°С.

Таким образом, при осуществлении предлагаемого способа подготовки поверхности InSb подложки для выращивания гетероструктуры молекулярно-лучевой эпитаксией обеспечивается значительное снижение температуры отжига, при которой происходит полное удаление оксидного слоя, и, кроме того, выполняется соблюдение вакуумной гигиены при выращивании высококачественных слоев структур, предотвращается возможность загрязнения поверхности epi-ready подложек InSb, практически не изменяется шероховатость поверхности epi-ready подложек InSb, возникающая при подготовке поверхности, обеспечивается требуемая гладкость.

Для характеризации оксидного слоя в отношении его химического состава использован метод рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (см. Фиг.). Изучение состава было проведено с помощью фотоэлектронного спектрометра фирмы SPECS (Германия) с полусферическим анализатором PHOIBOS-150-MCD-9 и рентгеновским монохроматором FOCUS-500 (излучение AlKa с hν = 1486,74 эВ и мощностью 200 Вт). Шкала энергий связи (Е_св) была предварительно откалибрована по положению пиков основных уровней Au4f_7/2 (84,00 эВ) и Cu2p_3/2 (932,67 эВ). Для оценки толщины и показателя преломления оксидных слоев использован метод эллипсометрии с использованием эллипсометра ЛЭФ-3М с длиной волны 632,8 нм при угле падения излучения 55 градусов и сканирующего эллипсометра Microscan с гелий-неоновым лазером с длиной волны 632,8 нм и углом падения излучения 60 градусов (см. Фиг.). Расчет толщины оксидного слоя проведен по модели однородной изотропной пленки на подложке с комплексным показателем преломления n=4,25-1,8j. Оценка шероховатости (см. Фиг.), иллюстрирующая изменение состояния гладкости поверхности InSb в ходе подготовки поверхности и далее, в процессе МЛЭ роста гетероструктуры, получена методом атомно-силовой микроскопии на микроскопе SolverP-47H (см. Фиг.). Качество поверхности при проведении термообработки в камере установки молекулярно-лучевой эпитаксии контролировали методом дифракции быстрых электронов на отражение (ДБЭО) с энергией пучка 12 кэВ (см. Фиг.). Для оценки влияния гидроксильных групп (воды) на характеристики анодного слоя, поверхность подложки и температуру отжига проведено изучение влияния содержания воды и кислотности электролитов, используемых при получении анодного слоя, и декапирующего раствора хлористоводородной кислоты, используемого при последующем удалении анодного слоя (см. Фиг.).

В процессе предварительной обработки подложки, перед осуществлением модификации состава остаточного оксидного слоя на поверхности подложки, ее подвергают очистке от загрязнений. Сначала обезжиривают в растворе моноэтаноламина с концентрированной перекисью водорода в соотношении 1:1. После чего промывают водой в течение от 2 до 5 минут, включая указанные значения. В заключение сушат подложку в потоке инертного газа - аргона. Процедуру проводят при комнатной температуре 293-295 К. Этим подготавливают поверхность подложки к последующим действиям над ней, что является обычной практикой. После очистки подложка покрыта аморфной оксидной пленкой из естественных оксидов индия и оксидов сурьмы. Из Таблицы (см. Фиг.) видно, что толщина оксидного слоя на поверхности подложки InSb после обезжиривания может лежать в интервале от 3,8 до 4,6 нм, а показатель преломления составляет 2,5-2,6.

Влияние последующих обработок: анодного окисления в жидких средах с различным содержанием воды и кислотностью - безводный кислотный электролит с рН=4 (изопропиловый спирт : глицерин : концентрированная Н₃РО₄=65:30:5 по объему) и водный щелочной электролит с рН=11 (концентрированный NH₄OH : этиленгликоль = 1:5 по объему), которые проводят в двухэлектродной ячейке в гальваностатическом режиме при плотности тока 0,1 мА/см² для выращивания анодного слоя и удаления анодного слоя в водном (рН=0,5) и безводном (рН=3) растворе хлористого водорода в изопропиловом спирте (HCl:Н₂О=Т:10 и насыщенном до 20% парами HCl изопропиловом спирте (20% HCl:ИПС), соответственно) - в отношении состава, показателя преломления и толщины подвергшегося модификации остаточного оксидного слоя, морфологии поверхности, температуры отжига и параметров поверхности после вакуумного отжига отражено в Таблице (см. Фиг.).

Отмечается незначительное изменение показателя преломления и толщины слоя для подвергшихся модификации остаточных слоев, полученных анодным окислением в безводном кислотном и водном щелочном электролитах и последующим удалением анодного окисла в водном растворе хлористоводородной кислоты. Из Таблицы видно, что эти обработки поверхности подложек незначительно ухудшают шероховатость поверхности. Насыщенный до 20% парами HCl в изопропиловом спирте раствор практически не удаляет анодный слой, выращенный в водном щелочном электролите (см. Фиг.).

Наблюдается значительное влияние состава электролита и декапирующего раствора на химический состав слоев. Наиболее обогащенный гидратированными оксидами индия подвергшийся модификации остаточный оксидный слой сформирован с использованием удаления анодного слоя в водном растворе хлористоводородной кислоты, а выращивания анодного слоя - в водном щелочном электролите. Указанный слой обеспечивает снижение температуры отжига до температур менее 400°С и получение атомарно гладкой и чистой поверхности без ухудшения шероховатости поверхности (см. Фиг.).

После осуществления каждого из этапов предварительной обработки - анодного окисления подложки с остаточным оксидным слоем в водосодержащей щелочной среде, удаления в водосодержащей кислотной среде полученного в ходе окисления оксидного слоя - подложку промывают водой в течение от 2 до 5 минут, включая указанные значения, и сушат в парах изопропилового спирта

После окончания предварительной обработки поверхности InSb подложку размещают на молибденовом держателе диаметром 100 мм, помещают в вакуумную камеру установки молекулярно-лучевой эпитаксии и удаляют остаточный оксидный слой с использованием термообработки. Традиционно при этом осуществляют подачу к поверхности подложки потока сурьмы. Температуру нагрева подложки контролируют термопарой вольфрам-рений BP 5/20, располагающейся на небольшом расстоянии от подложки, без непосредственного механического контакта. В камере предварительного отжига, в которой размещена подложка, устанавливают вакуум от 10^-9 до 10^-8 Торр, включая указанные значения. Затем подложку обезгаживают в течение около 2 часов при температуре подложки около 275°С. После чего подложку перемещают в ростовую камеру, в которой устанавливают вакуум около 10^-10 Торр, нагревают до температуры около 350°С в течение промежутка времени от 40 до 60 минут, включая указанные значения. При достижении указанной температуры осуществляют удаление окисного слоя, нагревая подложку со скоростью 2°С/мин до температуры от 370 до 390°С, включая указанные значения, и подавая при этом к поверхности подложки поток сурьмы с эквивалентным давлением около 10^-5 Торр. Удаление оксидного слоя контролируется посредством дифракции быстрых электронов на отражение с энергией пучка около 12 кэВ.

Общеизвестно, что оксиды индия и сурьмы с поверхности InSb удаляются при температуре, близкой к температуре плавления InSb, составляющей 527°С. В результате относительно небольшого перегрева подложка может быть расплавлена. Кроме этого, температура удаления оксидов с поверхности InSb практически совпадает с температурой неравновесного испарения InSb, составляющей 482°С, что, при этой температуре за счет испарения сурьмы, может привести к образованию капель индия на поверхности в процессе высокотемпературной обработки. Также следует отметить, что процесс испарения сурьмы инициируется при более низких температурах - около 350°С. Указанные обстоятельства негативно сказываются на качестве выращиваемой гетероструктуры. Для предотвращения этого, после появления первых признаков удаления оксидов с поверхности высокотемпературную обработку подложки InSb осуществляют в потоке сурьмы.

В начале нагрева подложки данные ДБЭО представляют собой диффузные кольца с интенсивной фоновой засветкой. Рефлексы, соответствующие структуре кристалла, едва заметны. При постепенном нагреве подложки InSb картина ДБЭО практически не меняется вплоть до температуры начала удаления модифицированного оксида - примерно 350°С. Вблизи этой температуры фон начинает уменьшаться, а объемные рефлексы становятся более четко выраженными. Дальнейший нагрев подложки проводят в потоке сурьмы для предотвращения неравновесного испарения. В результате такого отжига величина фона значительно уменьшается, рефлексы становятся яркими. При этом наблюдается слабая ассиметричная сверхструктура (1×3).

Данные ДБЭО от поверхности подложки использовались для оценки толщины остаточного оксидного слоя, подвергшегося модификации. При наличии тонких слоев (менее 2 нм) наблюдаются все особенности картины дифракции, присущей атомарно-гладкой поверхности: тяжи основных рефлексов, зеркальный пучок и Кикучи-линии. Отличием же является увеличенная интенсивность диффузного фона и отсутствие сверхструктуры поверхности. При наличии оксидного слоя большой толщины наблюдается увеличение интенсивности диффузного фона.

В качестве сведений, показывающих возможность реализации способа с достижением указанного результата, приводим нижеследующие примеры его осуществления.

Пример 1

При осуществлении способа подготовки поверхности InSb подложки для выращивания гетероструктуры молекулярно-лучевой эпитаксией в качестве подложки используют подложку InSb с ориентацией 100, толщиной 500 мкм и диаметром 50,8 мм.

Сначала проводят предварительную обработку поверхности подложки InSb с модификацией состава остаточного оксидного слоя, обеспечивающей в дальнейшем полное удаление оксидов.

В ходе предварительной обработки поверхности подложки последнюю до модификации состава оксидного слоя подвергают очистке от загрязнений - обезжиривают в растворе моноэтаноламина с концентрированной перекисью водорода в соотношении 1:1 с последующим промыванием водой в течение 2 минут и сушкой в потоке инертного газа - аргона ОСЧ. В результате получают очищенную поверхность подложки, покрытую аморфной оксидной пленкой из естественных оксидов - оксида индия и оксидов сурьмы.

Затем осуществляют модификацию состава остаточного оксидного слоя на поверхности подложки с получением гидратированного аморфного оксидного слоя из оксидных соединений индия и сурьмы. Получают слой, характеризующийся нестехиометрическим составом обогащенного гидратированными оксидными соединениями индия. Для этого 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.

Получаемый слой легколетуч, при последующем удалении в вакуумной камере установки молекулярно-лучевой эпитаксии с использованием термообработки подложки и подачи к поверхности подложки потока сурьмы его удаляют при температуре термообработки 370°С.

Анодное окисление подложки с остаточным оксидным слоем в водосодержащей щелочной среде для получения в результате предварительной обработки гидратированного аморфного оксидного слоя оксидных соединений индия и сурьмы, характеризующегося нестехиометрическим составом обогащенного гидратированными оксидными соединениями индия, проводят следующим образом. Процедуру осуществляют при комнатной температуре 293-295 К в двухэлектродной ячейке в гальваностатическом режиме при плотности тока 0,1 мА/см, в течение примерно полутора минут. В качестве электролита - водосодержащей щелочной среды - используют раствор концентрированного аммиака с этиленгликолем в соотношении 1:5 по объему, с рН, равным около 11. Процедурой анодного окисления формируют анодный слой - гидратированный нестехиометрического состава оксидный слой.

После проведения анодного окисления подложки с остаточным оксидным слоем в водосодержащей щелочной среде подложку промывают водой в течение 5 минут. Затем сушат в парах изопропилового спирта. По окончанию сушки приступают к удалению сформированного анодного слоя.

Удаление в водосодержащей кислотной среде полученного в ходе окисления оксидного слоя для получения в результате предварительной обработки гидратированного аморфного оксидного слоя оксидных соединений индия и сурьмы, характеризующегося нестехиометрическим составом обогащенного гидратированными оксидными соединениями индия, осуществляют следующим образом. Процедуру проводят в течение примерно двух минут, при комнатной температуре 293-295 К. Используют в качестве водосодержащей кислотной среды декапирующий раствор, а именно раствор концентрированной хлористоводородной кислоты с деионизованной водой в соотношении 1:10, с рН, равным около 0,5.

После проведения удаления в водосодержащей кислотной среде полученного в ходе окисления оксидного слоя подложку промывают водой в течение 5 минут. Затем сушат в парах изопропилового спирта. Этим завершают цикл операций предварительной подготовки. Подложка подготовлена для удаления остаточного оксидного слоя, подвергшегося модификации, в вакуумной камере установки молекулярно-лучевой эпитаксии с использованием термообработки подложки и подачи к поверхности подложки потока сурьмы.

Удаление подвергшегося модификации остаточного оксидного слоя осуществляют в вакуумной камере установки молекулярно-лучевой эпитаксии с использованием термообработки подложки и подачи к поверхности подложки потока сурьмы следующим образом. Подложку помещают в камеру предварительного отжига, в которой устанавливают вакуум около 10^-9 Торр. Проводят обезгаживание подложки в течение около 2 часов при температуре подложки около 275°С. Затем подложку перемещают в ростовую камеру, в которой устанавливают вакуум около 10^-10 Торр. Подложку нагревают до температуры около 350°С в течение 40 минут. При достижении указанной температуры осуществляют удаление подвергшегося модификации остаточного оксидного слоя, нагревая подложку со скоростью 2°С/мин до температуры около 370°С и подавая при этом к поверхности подложки поток сурьмы с эквивалентным давлением около 10^-5 Торр. Удаление слоя контролируют посредством дифракции быстрых электронов на отражение с энергией пучка около 12 кэВ.

Пример 2

При осуществлении способа подготовки поверхности InSb подложки для выращивания гетероструктуры молекулярно-лучевой эпитаксией в качестве подложки используют подложку InSb с ориентацией 100, толщиной 500 мкм и диаметром 50,8 мм.

Сначала проводят предварительную обработку поверхности подложки InSb с модификацией состава остаточного оксидного слоя, обеспечивающую в дальнейшем полное удаление оксидов.

В ходе предварительной обработки поверхности подложки последнюю до модификации состава оксидного слоя подвергают очистке от загрязнений - обезжиривают в растворе моноэтаноламина с концентрированной перекисью водорода в соотношении 1:1 с последующим промыванием водой в течение 5 минут и сушкой в потоке инертного газа - аргона ОСЧ. В результате получают очищенную поверхность подложки, покрытую аморфной оксидной пленкой из естественных оксидов - оксида индия и оксидов сурьмы.

Затем осуществляют модификацию состава остаточного оксидного слоя на поверхности подложки с получением гидратированного аморфного оксидного слоя из оксидных соединений индия и сурьмы. Получают слой, характеризующийся нестехиометрическим составом, обогащенный гидратированными оксидными соединениями индия. Для этого 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. Получаемый слой легколетуч, при последующем удалении в вакуумной камере установки молекулярно-лучевой эпитаксии с использованием термообработки подложки и подачи к поверхности подложки потока сурьмы его удаляют при температуре термообработки 380°С.

Анодное окисление подложки с остаточным оксидным слоем в водосодержащей щелочной среде для получения в результате предварительной обработки гидратированного аморфного оксидного слоя оксидных соединений индия и сурьмы, характеризующегося нестехиометрическим составом обогащенного гидратированными оксидными соединениями индия, проводят следующим образом. Процедуру осуществляют при комнатной температуре 293-295 К в двухэлектродной ячейке в гальваностатическом режиме при плотности тока 0,1 мА/см, в течение примерно полутора минут. В качестве электролита - водосодержащей щелочной среды - используют раствор концентрированного аммиака с этиленгликолем в соотношении 1:5 по объему, с рН, равным около 11. Процедурой анодного окисления формируют анодный слой - гидратированный нестехиометрического состава оксидный слой.

После проведения анодного окисления подложки с остаточным оксидным слоем в водосодержащей щелочной среде подложку промывают водой в течение 2 минут. Затем сушат в парах изопропилового спирта. По окончании сушки приступают к удалению сформированного анодного слоя.

Удаление в водосодержащей кислотной среде полученного в ходе окисления оксидного слоя для получения в результате предварительной обработки гидратированного аморфного оксидного слоя оксидных соединений индия и сурьмы, характеризующегося нестехиометрическим составом обогащенного гидратированными оксидными соединениями индия, осуществляют следующим образом. Процедуру проводят в течение примерно двух минут, при комнатной температуре 293-295 К. Используют в качестве водосодержащей кислотной среды декапирующий раствор, а именно раствор концентрированной хлористоводородной кислоты с деионизованной водой в соотношении 1:10, с рН, равным около 0,5.

После проведения удаления в водосодержащей кислотной среде полученного в ходе окисления оксидного слоя подложку промывают водой в течение 2 минут. Затем сушат в парах изопропилового спирта. Этим завершают цикл операций предварительной подготовки. Подложка подготовлена для удаления остаточного оксидного слоя, подвергшегося модификации, в вакуумной камере установки молекулярно-лучевой эпитаксии с использованием термообработки подложки и подачи к поверхности подложки потока сурьмы.

Удаление подвергшегося модификации остаточного оксидного слоя осуществляют в вакуумной камере установки молекулярно-лучевой эпитаксии с использованием термообработки подложки и подачи к поверхности подложки потока сурьмы следующим образом. Подложку помещают в камеру предварительного отжига, в которой устанавливают вакуум около 6⋅10^-9 Торр. Проводят обезгаживание подложки в течение около 2 часов при температуре подложки около 275°С. Затем подложку перемещают в ростовую камеру, в которой устанавливают вакуум около 10^-10 Торр. Подложку нагревают до температуры около 350°С в течение 45 минут. При достижении указанной температуры осуществляют удаление подвергшегося модификации остаточного оксидного слоя, нагревая подложку со скоростью 2°С/мин до температуры около 380°С и подавая при этом к поверхности подложки поток сурьмы с эквивалентным давлением около 10^-5 Торр. Удаление слоя контролируют посредством дифракции быстрых электронов на отражение с энергией пучка около 12 кэВ.

Пример 3

При осуществлении способа подготовки поверхности InSb подложки для выращивания гетероструктуры молекулярно-лучевой эпитаксией в качестве подложки используют подложку InSb с ориентацией 100, толщиной 500 мкм и диаметром 50,8 мм.

Сначала проводят предварительную обработку поверхности подложки InSb с модификацией состава остаточного оксидного слоя, обеспечивающей в дальнейшем полное удаление оксидов.

В ходе предварительной обработки поверхности подложки последнюю до модификации состава оксидного слоя подвергают очистке от загрязнений - обезжиривают в растворе моноэтаноламина с концентрированной перекисью водорода в соотношении 1:1 с последующим промыванием водой в течение 4 минут и сушкой в потоке инертного газа - аргона ОСЧ. В результате получают очищенную поверхность подложки, покрытую аморфной оксидной пленкой из естественных оксидов - оксида индия и оксидов сурьмы.

Затем осуществляют модификацию состава остаточного оксидного слоя на поверхности подложки с получением гидратированного аморфного оксидного слоя из оксидных соединений индия и сурьмы. Получают слой, характеризующийся нестехиометрическим составом, обогащенный гидратированными оксидными соединениями индия. Для этого 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. Получаемый слой легколетуч, при последующем удалении в вакуумной камере установки молекулярно-лучевой эпитаксии с использованием термообработки подложки и подачи к поверхности подложки потока сурьмы его удаляют при температуре термообработки 390°С.

Анодное окисление подложки с остаточным оксидным слоем в водосодержащей щелочной среде для получения в результате предварительной обработки гидратированного аморфного оксидного слоя оксидных соединений индия и сурьмы, характеризующегося нестехиометрическим составом обогащенного гидратированными оксидными соединениями индия, проводят следующим образом. Процедуру осуществляют при комнатной температуре 293-295 К в двухэлектродной ячейке в гальваностатическом режиме при плотности тока 0,1 мА/см2, в течение примерно полутора минут. В качестве электролита - водосодержащей щелочной среды - используют раствор концентрированного аммиака с этиленгликолем в соотношении 1:5 по объему, с рН, равным около 11. Процедурой анодного окисления формируют анодный слой - гидратированный нестехиометрического состава оксидный слой.

После проведения анодного окисления подложки с остаточным оксидным слоем в водосодержащей щелочной среде подложку промывают водой в течение 3 минут. Затем сушат в парах изопропилового спирта. По окончании сушки приступают к удалению сформированного анодного слоя.

Удаление в водосодержащей кислотной среде полученного в ходе окисления оксидного слоя для получения в результате предварительной обработки гидратированного аморфного оксидного слоя оксидных соединений индия и сурьмы, характеризующегося нестехиометрическим составом обогащенного гидратированными оксидными соединениями индия, осуществляют следующим образом. Процедуру проводят в течение примерно двух минут, при комнатной температуре 293-295 К. Используют в качестве водосодержащей кислотной среды декапирующий раствор, а именно раствор концентрированной хлористоводородной кислоты с деионизованной водой в соотношении 1:10, с рН, равным около 0,5.

После проведения удаления в водосодержащей кислотной среде полученного в ходе окисления оксидного слоя подложку промывают водой в течение 3 минут. Затем сушат в парах изопропилового спирта. Этим завершают цикл операций предварительной подготовки. Подложка подготовлена для удаления остаточного оксидного слоя, подвергшегося модификации, в вакуумной камере установки молекулярно-лучевой эпитаксии с использованием термообработки подложки и подачи к поверхности подложки потока сурьмы.

Удаление подвергшегося модификации остаточного оксидного слоя осуществляют в вакуумной камере установки молекулярно-лучевой эпитаксии с использованием термообработки подложки и подачи к поверхности подложки потока сурьмы следующим образом. Подложку помещают в камеру предварительного отжига, в которой устанавливают вакуум около 10^-8 Торр. Проводят обезгаживание подложки в течение около 2 часов при температуре подложки около 275°С. Затем подложку перемещают в ростовую камеру, в которой устанавливают вакуум около 10^-10 Торр. Подложку нагревают до температуры около 350°С в течение 60 минут. При достижении указанной температуры осуществляют удаление подвергшегося модификации остаточного оксидного слоя, нагревая подложку со скоростью 2°С/мин до температуры около 390°С и подавая при этом к поверхности подложки поток сурьмы с эквивалентным давлением около 10^-5 Торр. Удаление слоя контролируют посредством дифракции быстрых электронов на отражение с энергией пучка около 12 кэВ.

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.

1. Способ подготовки поверхности InSb подложки для выращивания гетероструктуры молекулярно-лучевой эпитаксией, включающий предварительную обработку поверхности подложки InSb с модификацией состава остаточного оксидного слоя и последующее удаление подвергшегося модификации остаточного оксидного слоя в вакуумной камере установки молекулярно-лучевой эпитаксии с использованием термообработки подложки, отличающийся тем, что при предварительной обработке подложки осуществляют модификацию состава остаточного оксидного слоя на поверхности подложки с получением гидратированного аморфного оксидного слоя из оксидных соединений индия и сурьмы, характеризующегося нестехиометрическим составом - обогащенного гидратированными оксидными соединениями индия, для чего 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.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при проведении предварительной обработки подложки, перед осуществлением модификации состава остаточного оксидного слоя на поверхности подложки, последнюю подвергают очистке от загрязнений следующей последовательностью операций: обезжириванием в растворе моноэтаноламина с перекисью водорода в соотношении 1:1; промыванием водой в течение от 2 до 5 минут, включая указанные значения; сушкой в потоке инертного газа - аргона.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осуществляют модификацию состава остаточного оксидного слоя на поверхности подложки с получением гидратированного аморфного оксидного слоя оксидных соединений индия и сурьмы, характеризующегося нестехиометрическим составом - обогащенного гидратированными оксидными соединениями индия, который легколетуч и который при последующем удалении в вакуумной камере установки молекулярно-лучевой эпитаксии с использованием термообработки подложки и подачи к поверхности подложки потока сурьмы удаляют при температуре термообработки 370-390°C.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что анодное окисление подложки с остаточным оксидным слоем в водосодержащей щелочной среде для получения в результате предварительной обработки гидратированного аморфного оксидного слоя оксидных соединений индия и сурьмы, характеризующегося нестехиометрическим составом - обогащенного гидратированными оксидными соединениями индия, проводят в течение примерно полутора минут при комнатной температуре 293-295 К в растворе концентрированного аммиака с этиленгликолем в соотношении 1:5 с рН, равным около 11, а удаление в водосодержащей кислотной среде полученного в ходе окисления оксидного слоя для получения в результате предварительной обработки гидратированного аморфного оксидного слоя оксидных соединений индия и сурьмы, характеризующегося нестехиометрическим составом - обогащенного гидратированными оксидными соединениями индия, проводят в течение примерно двух минут при комнатной температуре 293-295 К в декапирующем растворе, а именно растворе концентрированной хлористоводородной кислоты с деионизованной водой в соотношении 1:10, с рН, равным около 0,5.

5. Способ по п. 1 или 4, отличающийся тем, что после проведения анодного окисления подложки с остаточным оксидным слоем в водосодержащей щелочной среде подложку промывают водой в течение от 2 до 5 минут, включая указанные значения, и сушат в парах изопропилового спирта.

6. Способ по п. 1 или 4, отличающийся тем, что после проведения удаления в водосодержащей кислотной среде полученного в ходе окисления оксидного слоя подложку промывают водой в течение от 2 до 5 минут, включая указанные значения, и сушат в парах изопропилового спирта.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что удаление подвергшегося модификации остаточного оксидного слоя в вакуумной камере установки молекулярно-лучевой эпитаксии с использованием термообработки подложки осуществляют тем, что подложку помещают в камеру предварительного отжига, в которой устанавливают вакуум от 10^-9 до 10^-8 Торр, включая указанные значения, и обезгаживают в течение примерно 2 часов при температуре подложки около 275°C, затем подложку перемещают в ростовую камеру, в которой устанавливают вакуум около 10^-10 Торр, подложку нагревают до температуры около 350°C в течение промежутка времени от 40 до 60 минут, включая указанные значения, при достижении указанной температуры осуществляют удаление оксидного слоя, нагревая подложку со скоростью 2°C/мин до температуры от 370 до 390°C, включая указанные значения, и подавая при этом к поверхности подложки поток сурьмы с эквивалентным давлением около 10^-5 Торр, контролируя его удаление посредством дифракции быстрых электронов на отражение с энергией пучка около 12 кэВ.