CS257558B1 - Způsob oxidace arsenidu nebo fosfidu gallia nebo india - Google Patents

Abstract

Způsob oxidace arsenidu nebo fosfidu gallia nebo india, při kterém se na povrch materiálů určených k oxidaci působí ionty kyslíku ve formě fokusovaného svazku o energii v rozmezí 1 eV až 10 keV.

Description

Vynález se týká způsobu oxidace arzenidu nebo fosfidu gallia nebo india. Při výrobě mikroelektronických prvků se významně uplatňují tenké izolační vrstvy tedy i oxidové. Těch lze využít též k pasivaci povrchu základního materiálu a v planární technologii při přípravě diskrétních a integrovaných obvodů. Potřeby planární technologie vyžadují, aby se na povrchu aktivních vrstev mohly střídat dvourozměrné oblasti, které se výrazně liší svými elektrickými i krystalografickými vlastnostmi.

Takové struktury je možno vyrobit oxidací základního materiálu# neboť oxidové vrstvy vyhovuji uvedené podmínce a mimoto v oblasti epitaxe z molekulárních svazků představují plochy, na kterých se usazuje přírůstková vrstva bud amorfní nebo polykrystalická. Tak povstávají místa se zvýšeným elektrickým odporem, která mohou sloužit k oddělení jednotlivých polovodivých oblastí vytvářejících se v místech, kde oxidové vrstvy nevznikly. Tím lze nahradit maskování při epitaxním růstu z molekulárních svazků.

Výhodou epoxidových vrstev je, že mohou být odstraněny jednoduchým způsobem, bud ohřevem na vhodnou teplotu v ultravysokém vakuu, nebo v prostředí par arsenu nebo fosforu, čímž monokrystalická podložka může být opět odkryta. Při desorpci v prostředí těchto par zůstane stechiometrie vlastního materiálu zachována, zatímco při prosté desorpci v ultravysokém vakuu by stechiometrie mohla být porušena.

Vytvořit oxidové vrstvy na povrchu látek typu galliumarsenidu, galliumfosfidu apod. je velmi nesnadné a obecně se provádí anodickou nebo termickou oxidací mimo technologický prostor. Oběma postupy lze vytvořit oxidové vrstvy vyhovující stechiometrie, ale protože se postup provádí v ultravysokovakuových komorách, je obtížné, časově náročné a z hlediska možné kontaminace připravených epitaxních vrstev nesprávné přemístit zpracovávané materiály do prostoru oxidace .

Po ukončení oxidace se obvykle požaduje, aby na neoxidovaných částech byl proveden další nárůst epitaxní vrstvy, nebo napařovány kontaktní vrstvy apod. Proto oxidované vzorky musí být opět přemístěny do soustavy vysokého vakua a jejich povrchy očištěny od atomů a molekul absorbovaných z ovzduší (J. Vac. Sci. Technol., 16 (2) 1979, 290-294, H. J. Mussig et al. Proč. EMCG 82, Praha, D 79 (437), M. Láznička: IX. Int. Vacuum Congress, V. Int. Conf on Solid Surfaces, Ext. Abstr., Madrid 1983.).

Zlepšení proti dosavadnímu stavu přináší způsob oxidace arsenidu nebo fosfidu gallia nebo india podle vynálezu. Jeho podstatou je pracovní postup, při kterém se na povrch materiálů, určených k oxidaci, působí ionty kyslíku o energii v rozmezí 1 až 10 000 elektronvoltů ve formě fokusovaného svazku. Tímto způsobem dochází k oxidaci dostatečně rychle.

Protože důsledkem interakce iontů s povrchem oxidovaných materiálů je v některých případech vznik poruch na rozhraní polovodič-oxid, a takové poruchy mohou způsobit degradaci elektrických a optických vlastností heteropřechodu, je třeba, aby energie iontů byla vhodně určena’, popřípadě aby v průběhu oxidačního pochodu byla měněna, a dále, aby teplota podložky byla vyhovující, protože žíhání základního materiálu za ultravysokého vakua vede ke snižování počtu poruch na povrchu a na rozhraní polovodič-oxid.

Význam vynálezu spočívá v tom, že při manipulaci s materiálem uvnitř soustavy ultravysokého vakua se zamezí kontaminaci, dále že oxidace může být kombinována v jednom technologickém postupu spolu s růstem epitaxních vrstev a dalšími operacemi, jako jsou napařování a naprašování. Tím mohou být pracovní postupy zjednodušeny, zrychleny i zkvalitněny a technologické postupy lze snadněji automatizovat. Kvalitativně nová možnost je dána psaním dvojrozměrných struktur pro účely planární technologie, zejména ve spojitosti s epitaxí z molekulárních svazků.

Způsobem podle vynálezu je také možno využít iontů kyslíku k přípravě atomárně čistých povrchů polovodičů. Nejvýznamnější z tohoto hlediska je účinné odstraňování uhlíkových atomů, které jsou velmi často přítomny ve formě nečistot a působí degradaci povrchových vlastností pevných látek. Aplikace způsobu podle vynálezu jsou uvedeny v příkladech.

Přikladl

Oxidace fosfidu gallia (111) B *

Vzorék zbavený mastnoty a leptaný byl vpraven do komory na vysoké vakuum, která byla bez_ p prostředně nato vyčerpána na mezní vakuum systému 1x10 Pa. Povrch vzorku byl očištěn bombar2 dováním ionty xenonu o energii 400 eV a proudové hustotě 10 /íA/cm . Nato byl povrch vzorku žíhán 10 minut při teplotě 500 °C, načež vyčištěný a vyžíhaný vzorek byl vystaven po dobu pěti minut bombardování ionty kyslíku o energii 400 eV a o proudové hustotě 10 μΑ/cm .

Příklad 2

Oxidace fosfidu gallia GaP (111) B

Odmaštěný a oleptaný vzorek byl vložen do komory na vysoké vakuum, která byla vyčerpána ^—8 na mezní vakuum systému 1x10 Pa. Povrch vzorku byl očištěn bombardováním ionty xenonu o ener2 gii 400 eV a o proudové hustotě 10 ^uA/cm za současného žíhání při teplotě v rozmezí 300 až 350 °C. Nato byl povrch vzorků žíhán po dobu 15 minut při teplotě 350 °C a vyčištěný a vyžíhaný povrch vystaven po dobu pěti minut bombardování ionty kyslíku o energii 400 eV a o proudové 2 hustotě 10 'PA/cm .

Příklad 3

Oxidace galliumarsenidu GaAs (100)

Vzorek galliumarsenidu zbavený mastnoty a oleptaný byl vpraven do komory na vysoké vakuum, _ o která byla vyčerpána na mezní tlak 1x10 Pa. Vzorek se pak ohřál na teplotu v rozmezí 550 až

580 °C a při této teplotě byl žíhán po dobu 5 minut. Povrch vzorku byl pak bombardován po dobu 2 minut kyslíkovými ionty o energii 4 keV a o proudové hustotě v rozmezí 75 až 100 ^A/cm .

Příklad 4

Oxidace galliumarsenidu GaAs (100)

Vzorek GaAs byl vpraven do komory na vysoké vakuum, která byla vyčerpána na mezní tlak — fi o

1x10 Pa, nato byl vystaven bombardování ionty Ar pod úhlem 30 při současném žíhání při teplotě 380 °C a napětí urychlujícím ionty 2 kV a při proudové hustotě 70 ^uA/cm². Povrch vzorku se pak bombarduje kyslíkovými ionty ve formě fokusovaného svazku o energii 4 keV a proudové hustotě v rozmezí 75 až 100 ^A/cm po dobu pěti minut.

Vynález je možno využít například při výrobě tranzistorů, polovodičových laserů a detektorů, při maskování oxidovou vrstvou, dále při výrobě některých tranzistorů se Schottkyho bariérou, pro čištění podložek před epitaxním růstem struktur všech polovodičových prvků a pro výrobu integrovaných obvodů s dvourozměrnými strukturami.

Claims (1)

1. Způsob oxidace arsenidu nebo fosfidu gallia nebo india, vyznačený tím, že se na povrch materiálů určených k oxidaci působí ionty kyslíku ve formě fokusovaného svazku o energii v rozmezí 1 eV až 10 keV.