СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ Советский патент 1996 года по МПК H01L21/205 

Изобретение относится к области технологии микроэлектроники и может быть использовано в производстве МДП-приборов на арсениде галлия и твердых растворах GaAlAs.

Одним из основных требований, предъявляемых к МДП-приборам, является низкая плотность поверхностных состояний на границе раздела диэлектрик-полупроводник.

Для приборов на арсениде галлия известна структура диэлектрик-полупроводник, в которой в качестве диэлектрика используют собственные окислы галлия и мышьяка.

Способ получения такой структуры заключается в анодном окислении поверхностного слоя арсенида галлия.

Однако диэлектрические слои, полученные указанным способом, являются пористыми, плотность состояний на границе раздела велика (более 10¹² см^-2), а процесс получения диэлектрика неустойчив, т.к. локальный пробой по одному из дефектов пластины изменяет режим анодирования для всей поверхности пластины.

Наиболее близким техническим решением является способ получения диэлектрических покрытий на подложках арсенида галлия и твердых растворов GaAlAs, включающий размещение подложек в реакторе, их нагрев, формирование пассивирующего и диэлектрических слоев. В качестве диэлектрического слоя используется эпитаксиальный слой окисла алюминия, полученный методом молекулярной эпитаксии на подложках арсенида галлия, предварительно пассивированных слоем собственных окислов галлия и мышьяка либо слоем твердого раствора.

Недостатком этого метода являются большая трудоемкость и длительность процесса осаждения, что объясняется малой величиной коэффициентов прилипания исходных компонентов и их сильной зависимостью от температуры подложки.

При этом величина плотности поверхностных состояний на границе раздела диэлектрик-полупроводник составляет более 10¹² см^-2, а полученный слой окиси алюминия не является монокристаллическим, что исключает возможность роста на его поверхности монокристаллических слоев.

Целью изобретения является улучшение электрофизических свойств границы раздела диэлектрический слой подложка за счет уменьшения плотности поверхностных состояний.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения диэлектрических покрытий подложки арсенида галлия и твердых растворов типа GaAlAs, включающем размещение подложек в реакторе, их нагрев, формирование пассивирующих и диэлектрических слоев, диэлектрические слои формируют методом осаждения из газовой фазы, содержащей триметилалюминий, арсин, кислород при мольных соотношениях алюминия, мышьяка и кислорода 1:(5- -10):(10^-3-10^-5) соответственно и температуре подложек 600-650^оС; после формирования диэлектрических слоев на их поверхности методом осаждения из газовой фазы формируют пассивирующие слои полупроводникового твердого раствора из ряда Ga_1-xAl_xAs:O или диэлектрика.

При использовании данного способа на поверхности подложки вырастает слой арсенида алюминия, легированный кислородом до концентрации 10¹⁸-10²¹ см^-3. Этот слой имеет удельное сопротивление 10¹⁰-10¹¹ Ом.см, диэлектрическую проницаемость в оптическом диапазоне частот 2,6-2,8 (на частоте 1 МГц диэлектрическая проницаемость примерно равна 3,0) и является монокристаллическим, с параметрами решетки арсенида алюминия.

Плотность состояний на границе раздела арсенид алюминия, легированный кислородом-арсенид галлия или твердый раствор на его основе, составляет около 10¹¹ см^-2, что объясняется хорошим структурным соответствием полученного диэлектрического слоя и слоя арсенида галлия и его твердых растворов.

Температура подложки при осаждении диэлектрических слоев составляет 600-650^оС. Это обусловлено тем, что при температурах ниже и выше указанного диапазона существенно возрастает плотность состояний на границе раздела.

Выбор концентрационного диапазона легирования кислородом обусловлен тем, что при меньшем содержании кислорода удельное сопротивление получаемых слоев арсенида алюминия недостаточно высокое, а при большем диэлектрические слои становятся поликристаллическими, что сопровождается возрастанием плотности поверхностных состояний на границе раздела.

Полученные диэлектрические слои являются монокристаллическими, что позволяет осаждать на их поверхности монокристаллические полупроводниковые слои.

На полученные диэлектрические слои затем осаждают пассивирующие слои, которые предназначены для стабилизации параметров диэлектрических слоев ввиду их химической активности и разложения на воздухе.

В качестве пассивирующего слоя может быть использован эпитаксиальный полупроводниковый слой или слой химически стабильного диэлектрика с монокристаллической (например, Ga_1-xAl_xAs:O) или аморфной структурой (например, Al₂O₃; Si₃N₄; SiO₂ и др.).

Пассивирующий слой может выполнять и активные функции. Например, при соответствующем подборе работ выхода материалов диэлектрического и пассивирующего слоев можно сформировать структуру для создания элементов памяти.

П р и м е р. В реактор загружают низкоомные подложки арсенида галлия, нагревают их в потоке водорода до температуры 600^оС и выращивают эпитаксиальный слой арсенида галлия толщиной 3 мкм при следующих расходах реактивов, мл/мин: Арсин (10% в водороде) 170 Водород 3600
Водород через триметил-
галлий при температуре испарителя 11^оС 200 Моногерман (5·10^-7 об.) 100
После выращивания слоя арсенида галлия подачу триметилгаллия и моногермана прекращают, а к арсениду дополнительно подают триметилалюминий и кислород при следующих расходах, мл/мин:
Водород через триметила-
люминий при температуре испарителя + 20^оС 150
Кислород (10^-5 об.) в гелии) 200
Скорость роста диэлектрического слоя составляет около 0,06 мкм/мин при его удельном сопротивлении примерно 10¹⁰ Ом·см.

После выращивания диэлектрического слоя арсенида алюминия необходимой толщины в парогазовую смесь добавляют триметилгаллий (температура покрытия 11^оС, расход водорода 200 мл/мин). При этом формируется пассивирующий слой состава Ga_0,5Al_0,5As:O толщиной около 500 . Скорость роста составляет 0,12 мкм/мин.

Предлагаемый способ является простым, гибким и технологичным и позволяет получать структуру диэлектрик-полупроводник, граница раздела которой имеет малую плотность поверхностных состояний. Этот способ, развитый на базе МОС-гидридного метода, позволяет получать в едином технологическом цикле полупроводниковые, диэлектрические и пассивирующие слои, что устраняет на границе раздела адсорбированный монослой, а значит, улучшает электрофизические свойства.

Благодаря перечисленным возможностям предложенный способ позволяет получать структуры для монолитных интегральных оптоэлектронных схем, усовершенствовать технологию МДП-приборов на арсениде галлия и твердых растворах типа GaAlAs-GaAs (МДП-транзисторы, приборы с зарядовой связью, преобразователи спектров и т.д.).

1. Способ получения диэлектрических покрытий на подложках арсенида галлия и твердых растворов типа CaAlAs, включающий размещение подложек в реакторе, их нагрев, формирование пассивирующих и диэлектрических слоев, отличающийся тем, что, с целью улучшения электрофизических свойств границы раздела диэлектрический слой - подложка за счет уменьшения плотности поверхностных состояний, диэлектрический слой формируют методом осаждения из газовой фазы, содержащей триметилалюминий, арсин, кислород при мольных соотношениях алюминия, мышьяка и кислорода 1:(5-10):(10^- 3 - 10^- 5) соответственно и температуре подложек 600 - 650^oС.

2. Способ получения диэлектрических покрытий по п. 1, отличающийся тем, что после формирования диэлектрических слоев на их поверхности методом осаждения из газовой фазы формируют пассивирующие слои полупроводникового твердого раствора из ряда Ga_1 - yAl_xAs:O или диэлектрика.

1. Способ получения диэлектрических покрытий на подложках арсенида галлия и твердых растворов типа CaAlAs, включающий размещение подложек в реакторе, их нагрев, формирование пассивирующих и диэлектрических слоев, отличающийся тем, что, с целью улучшения электрофизических свойств границы раздела диэлектрический слой подложка за счет уменьшения плотности поверхностных состояний, диэлектрический слой формируют методом осаждения из газовой фазы, содержащей триметилалюминий, арсин, кислород при мольных соотношениях алюминия, мышьяка и кислорода 1:(5-10):(10^- 3 10^- 5) соответственно и температуре подложек 600 650^oС. 2. Способ получения диэлектрических покрытий по п. 1, отличающийся тем, что после формирования диэлектрических слоев на их поверхности методом осаждения из газовой фазы формируют пассивирующие слои полупроводникового твердого раствора из ряда Ga_1 - yAl_xAs:O или диэлектрика.