RU2576412C1 - Method of selective reactive-ion etching for semiconductor heterostructure - Google Patents

Method of selective reactive-ion etching for semiconductor heterostructure Download PDF

Info

Publication number
RU2576412C1
RU2576412C1 RU2014148365/28A RU2014148365A RU2576412C1 RU 2576412 C1 RU2576412 C1 RU 2576412C1 RU 2014148365/28 A RU2014148365/28 A RU 2014148365/28A RU 2014148365 A RU2014148365 A RU 2014148365A RU 2576412 C1 RU2576412 C1 RU 2576412C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ion etching
semiconductor heterostructure
reactive ion
reactor
etching
Prior art date
Application number
RU2014148365/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Олег Игоревич Мешков
Валерий Анатольевич Красник
Илья Александрович Рогачев
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" (АО "НПП "Исток" им. Шокина")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" (АО "НПП "Исток" им. Шокина") filed Critical Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" (АО "НПП "Исток" им. Шокина")
Priority to RU2014148365/28A priority Critical patent/RU2576412C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2576412C1 publication Critical patent/RU2576412C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: method of selective reactive-ion etching for a semiconductor heterostructure having at least a sequence of layers GaAs/AlGaAs with preset characteristics includes the placement of the semiconductor heterostructure at a substrate holder in the reactor of a reactive-ion etching system with provided contact for the layer of gallium arsenide with process gas plasma, delivery of process gasses to the reactor and further selective reactive-ion etching at preset process parameters. In the method the semiconductor heterostructure is used with a layer of AlGaAs having the thickness of at least 10 nm, with the content of chemical elements AlxGa1-xAs at x equal or more than 0.22, the process gasses are represented by a mixture of boron trichloride and sulphur hexafluoride at a ratio of (2:1)-(9:1) respectively, selective reactive-ion etching is carried out at a pressure in the reactor equal to 2-7 Pa, power supplied to discharge of 15-50 W, temperature of the substrate holder of 21-23°C, total consumption rate of the process gases of 15-25 ml/min.
EFFECT: improved output of fit articles by increasing selectivity, controllability, reproducibility, anisotropy and reduced unevenness, density of defects and impurities at the surface of the semiconductor heterostructure.
2 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к электронной технике СВЧ, в частности к способам селективного реактивного ионного травления полупроводниковых гетероструктур, и может найти широкое применение при изготовлении изделий электронной техники СВЧ, в частности полевых транзисторов СВЧ.The invention relates to electronic microwave technology, in particular to methods of selective reactive ion etching of semiconductor heterostructures, and can be widely used in the manufacture of microwave electronic products, in particular microwave field effect transistors.

Как известно, полупроводниковые структуры арсенида галлия (GaAs) до недавнего времени являлись основными полупроводниковыми структурами для полевых транзисторов СВЧ.As is known, until recently, semiconductor structures of gallium arsenide (GaAs) were the main semiconductor structures for microwave field effect transistors.

Быстродействие таких полевых транзисторов с субмикронными длинами канала составляет 10-12 ГГц.The speed of such field effect transistors with submicron channel lengths is 10-12 GHz.

Существенный прогресс в части повышения быстродействия обеспечило изобретение так называемых транзисторов с высокой электронной подвижностью (НЕМТ - High Electron Mobility Transistor), активная область которых состоит из легированного широкозонного и нелегированного узкозонного слоев полупроводниковой гетероструктуры.Significant progress in terms of improving performance has been achieved by the invention of the so-called high electron mobility transistors (HEMTs), the active region of which consists of doped wide-gap and undoped narrow-gap layers of a semiconductor heterostructure.

Это обеспечивает существенное увеличение быстродействия таких полевых транзисторов (до 100 ГГц и более).This provides a significant increase in the speed of such field-effect transistors (up to 100 GHz or more).

Одной из основных задач при изготовлении полевых транзисторов на полупроводниковых гетероструктурах является процесс селективного травления отдельных ее слоев.One of the main tasks in the manufacture of field effect transistors on semiconductor heterostructures is the process of selective etching of its individual layers.

Известен способ изготовления фотоприемных элементов на основе многослойных полупроводниковых гетероструктур GaAs/AlGaAs, заключающийся в нанесении на подложку из полуизолирующего арсенида галлия (GaAs) последовательности слоев: проводящего n+-GaAs-слоя, многослойной периодической структуры GaAs/AlGaAs и второго проводящего n+-CaAs-слоя, с последующим травлением верхнего проводящего n+-GaAs-слоя многослойной полупроводниковой гетероструктуры в водном растворе перекиси водорода, в котором с целью увеличения точности и прецизионности травления, увеличения выхода годных изделий, между ближайшим к подложке проводящим n+-GaAs-слоем и многослойной периодической структурой наносят тонкий стоп-слой из арсенида алюминия (AlAs) толщиной 2-5 нм, а травление ведут при температуре 20-22°С в растворе, дополнительно содержащем органическую кислоту.A known method of manufacturing photodetector elements based on multilayer semiconductor GaAs / AlGaAs heterostructures, which consists in applying a sequence of layers to a substrate of semi-insulating gallium arsenide (GaAs): a conducting n + -GaAs layer, a multilayer periodic structure of GaAs / AlGaAs and a second conducting n + -CaAs -layer, followed by etching of the upper conductive n + -GaAs layer of a multilayer semiconductor heterostructure in an aqueous solution of hydrogen peroxide, in which, in order to increase the accuracy and precision of etching, In order to obtain suitable products, a thin stop layer of aluminum arsenide (AlAs) with a thickness of 2-5 nm is applied between the conductive n + -GaAs layer closest to the substrate and the periodic multilayer structure, and etching is carried out at a temperature of 20-22 ° C in solution, optionally containing organic acid.

Травящий раствор в качестве органической кислоты содержит винную кислоту при следующих соотношениях компонентов, мас.:The pickling solution as an organic acid contains tartaric acid in the following ratios of components, wt.:

Винная кислота - 35-45;Tartaric acid - 35-45;

Перекись водорода - 5-10;Hydrogen peroxide - 5-10;

Вода - остальное [1].Water is the rest [1].

Недостаток данного способа заключается в:The disadvantage of this method is:

высокой неравномерности травления и воспроизводимости и, соответственно, низком выходе годных,high unevenness of etching and reproducibility and, accordingly, low yield,

низкой анизотропии травления, приводящей к неконтролируемому растраву поверхности полупроводниковой гетероструктуры.low anisotropy of etching, leading to an uncontrolled raster of the surface of the semiconductor heterostructure.

В частности, при формировании канала полевого транзистора с барьером Шотки (ПТШ) данный недостаток приводит к значительному снижению электрических параметров ПТШ либо полному браку на данной операции его изготовления.In particular, when forming the channel of a field-effect transistor with a Schottky barrier (PTSH), this drawback leads to a significant decrease in the electrical parameters of the PTSH or to a complete defect in this operation of its manufacture.

Известен способ селективного реактивного ионного травления полупроводниковой гетероструктуры GaAs/AlGaAs, включающий подготовку полупроводниковой структуры, расположение ее на подложкодержателе в реакторе системы реактивного ионного травления, с обеспечением контактирования слоя GaAs с плазмой технологических газов, подачу в реактор технологических газов - смеси четыреххлористого кремния (SiCl4) и трифторметана (CHF3) и последующее селективное реактивное ионное травление при заданных параметрах технологического режима [2].A known method of selective reactive ion etching of a GaAs / AlGaAs semiconductor heterostructure, comprising preparing a semiconductor structure, arranging it on a substrate holder in a reactor of a reactive ion etching system, ensuring that the GaAs layer is in contact with the plasma of the process gases, feeds the reactor with process gases — a mixture of silicon tetrachloride (SiCl 4 ) and trifluoromethane (CHF 3 ) and subsequent selective reactive ion etching at specified process conditions [2].

Преимуществом второго аналога по сравнению с первым является значительное снижение неравномерности, повышение воспроизводимости, контролируемости селективного реактивного ионного травления и, соответственно, повышение выхода годных.The advantage of the second analogue over the first is a significant reduction in unevenness, increased reproducibility, controllability of selective reactive ion etching, and, accordingly, increased yield.

Однако наличие в смеси технологических газов, а именно:However, the presence of a mixture of process gases, namely:

четыреххлористого кремния - требует дополнительного оборудования для перевода SiCl4 из жидкого состояния в газообразное,silicon tetrachloride - requires additional equipment for the conversion of SiCl 4 from liquid to gaseous,

трифторметана - приводит к образованию на поверхности полупроводниковой гетероструктуры полимерных пленок, могущих привести к ухудшению электрических параметров изделий СВЧ, удаление которых является достаточно трудоемким процессом.trifluoromethane - leads to the formation of polymer films on the surface of the semiconductor heterostructure, which can lead to deterioration of the electrical parameters of microwave products, the removal of which is a rather time-consuming process.

Кроме того, данный способ селективного реактивного ионного травления характеризуется достаточно высокой скоростью травления слоя арсенида галлия полупроводниковой гетероструктуры (порядка 100 нм/мин), что не обеспечивает точный контроль селективного реактивного ионного травления тонких слоев GaAs (менее 50 нм).In addition, this method of selective reactive ion etching is characterized by a sufficiently high etching rate of a gallium arsenide layer of a semiconductor heterostructure (of the order of 100 nm / min), which does not provide accurate control of selective reactive ion etching of thin GaAs layers (less than 50 nm).

Известен также способ селективного реактивного ионного травления полупроводниковой гетероструктуры GaAs/AlGaAs, включающий расположение полупроводниковой гетероструктуры на подложкодержателе в реакторе системы реактивного ионного травления с обеспечением контактирования слоя GaAs с плазмой технологических газов, подачу в реактор технологических газов - смеси гексафторида серы (SF6) и хлора (Cl2) при их соотношении примерно 0,025, обм., в отличие от технологических газов - смеси (SiCl4) и (CHF3) второго аналога, и последующее селективное реактивное ионное травление при заданных технологических режимах [3] - прототип.There is also known a method for selective reactive ion etching of a GaAs / AlGaAs semiconductor heterostructure, comprising arranging a semiconductor heterostructure on a substrate holder in a reactor of a reactive ion etching system to ensure that the GaAs layer is contacted with the plasma of the process gases, feeding the reactor with a mixture of sulfur hexafluoride (SF 6 ) and chlorine (Cl 2) in a ratio of about 0.025, exch, unlike the process gas -. mixture (SiCl 4) and (CHF 3) of the second analogue and a subsequent selective reactive onnoe etching process under specified conditions [3] - prototype.

Отсутствие в смеси технологических газов атомов углерода обеспечивает исключение образования на поверхности полупроводниковой гетероструктуры упомянутых выше полимерных пленок.The absence of carbon atoms in the mixture of process gases ensures that the above-mentioned polymer films are not formed on the surface of the semiconductor heterostructure.

Однако использование в смеси технологических газов чистого хлора является неэффективным для травления собственных окислов слоя GaAs полупроводниковой гетероструктуры и, соответственно, повышает неравномерность, снижает воспроизводимость и контролируемость селективного реактивного ионного травления.However, the use of pure chlorine in the process gas mixture is ineffective for etching the intrinsic oxides of the GaAs layer of the semiconductor heterostructure and, accordingly, increases the unevenness, reduces the reproducibility and controllability of selective reactive ion etching.

Техническим результатом заявленного способа селективного реактивного ионного травления полупроводниковой гетероструктуры является повышение выхода годных путем повышения селективности, контролируемости, воспроизводимости, анизотропии и снижения неравномерности, плотности дефектов и загрязнений на поверхности полупроводниковой гетероструктуры.The technical result of the claimed method of selective reactive ion etching of a semiconductor heterostructure is to increase the yield by increasing selectivity, controllability, reproducibility, anisotropy and reducing unevenness, density of defects and contaminants on the surface of the semiconductor heterostructure.

Указанный технический результат достигается заявленным способом селективного реактивного ионного травления полупроводниковой гетероструктуры, имеющей, по меньшей мере, последовательность слоев GaAs/AlGaAs с заданными характеристиками, включающим расположение полупроводниковой гетероструктуры на подложкодержателе в реакторе системы реактивного ионного травления с обеспечением контактирования слоя GaAs с плазмой технологических газов, подачу в реактор технологических газов и последующее селективное реактивное ионное травление при заданных параметрах технологического режима. В которомThe specified technical result is achieved by the claimed method of selective reactive ion etching of a semiconductor heterostructure having at least a sequence of GaAs / AlGaAs layers with predetermined characteristics, including the arrangement of the semiconductor heterostructure on a substrate holder in the reactor of the reactive ion etching system to ensure that the GaAs layer is in contact with the plasma of the process gases, the supply of technological gases to the reactor and subsequent selective reactive ion etching at the rear nnyh technological mode parameters. Wherein

используют полупроводниковую гетероструктуру, имеющую упомянутый слой AlGaAs толщиной не менее 10 нм, с содержанием химических элементов AlxGa1-xAs при x, равном либо большем 0,22,using a semiconductor heterostructure having the mentioned AlGaAs layer with a thickness of at least 10 nm, with the content of chemical elements Al x Ga 1-x As at x equal to or greater than 0.22,

в качестве технологических газов используют смесь трихлорида бора (BCl3) и гексафторида серы (SF6) при соотношении (2:1)-(9:1) соответственно,as process gases, a mixture of boron trichloride (BCl 3 ) and sulfur hexafluoride (SF 6 ) is used with a ratio of (2: 1) - (9: 1), respectively,

селективное реактивное ионное травление осуществляют при давлении в реакторе 2-7 Па, мощности, подаваемой в разряд, 15-50 Вт, температуре подложкодержателя 21-23°С, общем расходе потока технологических газов 15-25 мл/мин.selective reactive ion etching is carried out at a pressure in the reactor of 2-7 Pa, the power supplied to the discharge, 15-50 W, the temperature of the substrate holder 21-23 ° C, the total flow rate of the process gas 15-25 ml / min.

Об окончании селективного реактивного ионного травления судят одним из известных методов, например, лазерной интерферометрии.The end of selective reactive ion etching is judged by one of the known methods, for example, laser interferometry.

Раскрытие сущности заявленного изобретения.Disclosure of the claimed invention.

Использование полупроводниковой гетероструктуры, имеющей упомянутый слой AlGaAs толщиной не менее 10 нм, с содержанием химических элементов AlxGa1-xAs при x, равном либо большем 0,22, и технологических газов - смеси трихлорида бора (BCl3) и гексафторида серы (SF6) при соотношении (2:1)-(9:1) соответственно обеспечивает:The use of a semiconductor heterostructure having the mentioned AlGaAs layer with a thickness of at least 10 nm, with a content of Al x Ga 1-x As chemical elements at x equal to or greater than 0.22, and process gases - a mixture of boron trichloride (BCl 3 ) and sulfur hexafluoride ( SF 6 ) with a ratio of (2: 1) - (9: 1), respectively, provides:

во-первых, полное и качественное травление слоя GaAs полупроводниковой структуры, последующее формирование пленки фторида алюминия на поверхности слоя AlGaAs, которая выполняет функцию стоп-слоя и тем самым обеспечивает полное и качественное прекращение селективного реактивного ионного травления последующих слоев полупроводниковой гетероструктуры (начиная со слоя AlGaAs) и, как следствие, достижение высокой степени селективности,firstly, the complete and high-quality etching of the GaAs layer of the semiconductor structure, the subsequent formation of an aluminum fluoride film on the surface of the AlGaAs layer, which acts as a stop layer and thereby ensures complete and high-quality termination of selective reactive ion etching of subsequent layers of the semiconductor heterostructure (starting from the AlGaAs layer ) and, as a result, achieving a high degree of selectivity,

во-вторых, одновременное снятие собственных окислов и тем самым исключение необходимости применения дополнительной обработки слоя GaAs с этой целью и, как следствие, снижение плотности дефектов и загрязнений на поверхности полупроводниковой гетероструктуры,secondly, the simultaneous removal of intrinsic oxides and thereby eliminating the need for additional processing of the GaAs layer for this purpose and, as a result, reducing the density of defects and contaminants on the surface of a semiconductor heterostructure,

в-третьих, исключение из технологических газов соединений углерода и тем самым исключение образования нежелательных полимерных пленок и, как следствие, - снижение загрязнений на поверхности полупроводниковой гетероструктуры.thirdly, the exclusion of carbon compounds from technological gases and thereby the elimination of the formation of undesirable polymer films and, as a result, the reduction of contaminants on the surface of a semiconductor heterostructure.

в-четвертых, повышение контролируемости и воспроизводимости.fourthly, increased controllability and reproducibility.

И, как следствие, этого - повышение выхода годных полупроводниковых гетероструктур.And, as a consequence, this is an increase in the yield of semiconductor heterostructures.

Указанные параметры технологического режима селективного реактивного ионного травления каждый в отдельности обеспечивают: The specified parameters of the technological regime of selective reactive ion etching individually provide:

давление в реакторе 2-7 Па - высокую степень анизотропии;pressure in the reactor 2-7 Pa - a high degree of anisotropy;

мощность, подаваемая в разряд 15-50 Вт - оптимальные условия бомбардировки поверхности слоя GaAs полупроводниковой гетероструктуры ионами технологических газов и тем самым исключение пробоя упомянутой пленки фторида алюминия и исключение дальнейшего травления нижележащих слоев;the power supplied to the discharge is 15-50 W — optimal conditions for bombarding the surface of a GaAs layer of a semiconductor heterostructure with process gas ions and thereby eliminating breakdown of the aforementioned aluminum fluoride film and eliminating further etching of the underlying layers;

температура подложкодержателя 21-23°С:substrate holder temperature 21-23 ° С:

во-первых, равномерное распределение температуры по поверхности полупроводниковой гетероструктуры и тем самым равномерное ее селективное реактивное ионное травление,firstly, the uniform distribution of temperature on the surface of the semiconductor heterostructure and thereby its uniform selective reactive ion etching,

во-вторых, исключение образования структурных дефектов, благодаря достаточно низкой температуре;secondly, the exclusion of the formation of structural defects due to a sufficiently low temperature;

общий расход технологических газов 15-25 мл/мин является оптимальным для обеспечения равномерности селективного реактивного ионного травления.a total consumption of process gases of 15-25 ml / min is optimal to ensure uniformity of selective reactive ion etching.

Совокупность признаков указанных параметров технологического режима селективного реактивного ионного травления в совокупности с указанными другими признаками изобретения обеспечит:The combination of features of these parameters of the technological mode of selective reactive ion etching in combination with these other features of the invention will provide:

а) достижение высокой селективности реактивного ионного травления полупроводниковой гетероструктуры (слоя GaAs относительно слоя AlxGa1-xAs) примерно 200:1, а так же контролируемости, воспроизводимости, анизотропии,a) achieving a high selectivity of reactive ion etching of the semiconductor heterostructure (GaAs layer relative to the Al x Ga 1-x As layer) of about 200: 1, as well as controllability, reproducibility, anisotropy,

б) снижение неравномерности, плотности дефектов и загрязнений поверхности полупроводниковой гетероструктуры.b) reducing the unevenness, density of defects and surface contamination of the semiconductor heterostructure.

И, как следствие, того и другого - повышение выхода годных полупроводниковых гетероструктур.And, as a consequence, both of these are an increase in the yield of suitable semiconductor heterostructures.

Итак, совокупность существенных признаков заявленного способа селективного реактивного ионного травления полупроводниковой гетероструктуры в полной мере обеспечит заявленный технический результат, а именно повышение выхода годных.So, the set of essential features of the claimed method of selective reactive ion etching of a semiconductor heterostructure will fully provide the claimed technical result, namely, increased yield.

Использование полупроводниковой гетероструктуры, имеющей:The use of a semiconductor heterostructure having:

упомянутый слой AlGaAs толщиной менее 10 нм нежелательно из-за возможного его пробоя,said AlGaAs layer with a thickness of less than 10 nm is undesirable because of its possible breakdown,

с содержанием химических элементов AlxGa1-xAs при x, меньшем 0,22, недопустимо из-за нарушения баланса скоростей образования и травления пленки фторида алюминия.with the content of chemical elements Al x Ga 1-x As at x less than 0.22, is unacceptable due to the imbalance in the rates of formation and etching of the aluminum fluoride film.

Использование в качестве технологических газов смеси трихлорида бора и гексафторида серы при их соотношении, отличном от (2:1)-(9:1), соответственно не желательно из-за ухудшения - снижения результатов селективного реактивного ионного травления (селективности, контролируемости, воспроизводимости, анизотропии, повышения неравномерности, плотности дефектов и загрязнений).The use as a process gas of a mixture of boron trichloride and sulfur hexafluoride at a ratio different from (2: 1) to (9: 1), respectively, is not desirable due to the deterioration - reduction of the results of selective reactive ion etching (selectivity, controllability, reproducibility, anisotropy, increasing unevenness, density of defects and pollution).

Осуществление селективного реактивного ионного травления при параметрах технологического режима: The implementation of selective reactive ion etching with the parameters of the technological regime:

давления в реакторе менее 2 Па и более 7 Па нежелательно, в первом случае - из-за существенного повышения уровня ионной бомбардировки, приводящей к снижению селективности, во втором - из-за повышения уровня химической компоненты реактивного ионного травления, приводящей к снижению анизотропии;pressure in the reactor of less than 2 Pa and more than 7 Pa is undesirable, in the first case due to a significant increase in the level of ion bombardment, leading to a decrease in selectivity, in the second - due to an increase in the level of the chemical component of reactive ion etching, leading to a decrease in anisotropy;

мощности, подаваемой в разряд, менее 15 Вт и более 50 Вт нежелательно, в первом случае - из-за снижения скорости травления, во втором - из-за снижения контролируемости и воспроизводимости, а также повышения неравномерности травления;less than 15 W and more than 50 W of power supplied to the discharge is undesirable, in the first case due to a decrease in the etching rate, in the second because of a decrease in controllability and reproducibility, as well as an increase in the etching unevenness;

температуре подложкодержателя менее 21°С и более 23°С нежелательно из-за повышения неравномерности реактивного ионного травления;a temperature of the substrate holder of less than 21 ° C and more than 23 ° C is undesirable due to increased unevenness of reactive ion etching;

общем расходе технологических газов менее 15 мл/мин и более 25 мл/мин нежелательно в первом случае - из-за снижения скорости селективного реактивного ионного травления, повышения неравномерности травления и плотности дефектов и загрязнений, во втором - из-за снижения скорости реактивного ионного травления вследствие того, что активные частицы технологических газов не успевают прореагировать с поверхностью подложки и выносятся из реактора.the total consumption of process gases of less than 15 ml / min and more than 25 ml / min is undesirable in the first case - due to a decrease in the rate of selective reactive ion etching, an increase in the unevenness of etching and the density of defects and contaminants, in the second - due to a decrease in the rate of reactive ion etching due to the fact that the active particles of the process gases do not have time to react with the surface of the substrate and are removed from the reactor.

Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 дана зависимость анизотропии травления полупроводниковой гетероструктуры от давления в реакторе.In FIG. Figure 1 shows the dependence of the etching anisotropy of a semiconductor heterostructure on the pressure in the reactor.

На фиг. 2 дана зависимость неравномерности травления полупроводниковой гетероструктуры от соотношения компонентов смеси технологических газов BCl3/SF6.In FIG. Figure 2 shows the dependence of the etching non-uniformity of the semiconductor heterostructure on the ratio of the components of the process gas mixture BCl 3 / SF 6 .

На фиг. 3 дана зависимость селективности травления полупроводниковой гетероструктуры GaAs/AlGaAs от давления в реакторе.In FIG. Figure 3 shows the dependence of the etching selectivity of the semiconductor GaAs / AlGaAs heterostructure on the pressure in the reactor.

На фиг. 4 дана зависимость скорости травления слоя GaAs от давления в реакторе.In FIG. Figure 4 shows the dependence of the etching rate of the GaAs layer on the pressure in the reactor.

На фиг. 5 дана зависимость скорости травления GaAs от мощности, подаваемой в разряд.In FIG. Figure 5 shows the dependence of the etching rate of GaAs on the power supplied to the discharge.

На фиг. 6 дана зависимость скорости травления GaAs от соотношения компонентов смеси технологических газов BCl3/SF6.In FIG. Figure 6 shows the dependence of the etching rate of GaAs on the ratio of the components of the process gas mixture BCl 3 / SF 6 .

На фиг. 7 даны зависимости скоростей травления слоев GaAs и AlGaAs от соотношения компонентов смеси технологических газов SF6/[SiCl4+SF6] - прототипа.In FIG. 7 shows the dependence of the etching rates of the GaAs and AlGaAs layers on the ratio of the components of the process gas mixture SF 6 / [SiCl 4 + SF 6 ] - prototype.

На фиг. 8 дано изображение, полученное на сканирующем электронном микроскопе, потравленного заявленным способом канала полевого транзистора СВЧ, выполненного на упомянутой полупроводниковой гетероструктуре.In FIG. 8 is an image obtained by a scanning electron microscope etched by the claimed method of a channel of a microwave field-effect transistor made on said semiconductor heterostructure.

На фиг. 9 дана матрица распределения значений токов насыщения сток-исток канала упомянутого полевого транзистора СВЧ, потравленного заявленным способом.In FIG. 9 is a matrix of the distribution of the values of the saturation currents of the drain-source channel of the microwave field-effect transistor etched by the claimed method.

Примеры конкретной реализации заявленного способа селективного реактивного ионного травления полупроводниковой гетероструктуры.Examples of specific implementations of the claimed method of selective reactive ion etching of a semiconductor heterostructure.

Пример 1.Example 1

Рассмотрим селективное реактивное ионное травление полупроводниковой гетероструктуры, имеющей слои GaAs толщиной, равной 50 нм и AlxGa1-xAs толщиной, равной 10 нм, с содержанием химических элементов AlxGa1-xAs при x, равном 0,22.Let us consider selective reactive ion etching of a semiconductor heterostructure having GaAs layers 50 nm thick and Al x Ga 1-x As 10 nm thick with a content of Al x Ga 1-x As chemical elements at x equal to 0.22.

Способ включает следующую последовательность технологических операций.The method includes the following sequence of technological operations.

Предварительно на поверхности полупроводниковой гетероструктуры посредством фотолитографии формируют окна для последующего селективного реактивного ионного травления.Preliminarily, windows are formed on the surface of the semiconductor heterostructure by photolithography for subsequent selective reactive ion etching.

Располагают полупроводниковую гетероструктуру на подложкодержателе в реакторе системы реактивного ионного травления Corial 200RL, с обеспечением контактирования слоя GaAs полупроводниковой гетероструктуры с плазмой технологических газов.The semiconductor heterostructure is placed on a substrate holder in the reactor of the Corial 200RL reactive ion etching system, so that the GaAs layer of the semiconductor heterostructure is in contact with the plasma of the process gases.

Далее осуществляют селективное реактивное ионное травление полупроводниковой гетероструктуры при следующих параметрах технологического режима:Then carry out selective reactive ion etching of the semiconductor heterostructure with the following parameters of the technological mode:

давлении в реакторе 2,3 Па,the pressure in the reactor is 2.3 Pa,

мощности, подаваемой в разряд, 40,0 Вт,power supplied to the discharge, 40.0 W,

температуре подложкодержателя 22,0°С,substrate temperature 22.0 ° C,

скорости общего газового потока 20,0 мл/мин, при этом скорость газового потока трихлорида бора (BCl3) составляет 18,0 мл/мин, а гексафторида серы (SF6) - 2,0 мл/мин, что соответствует их соотношению 9:1 соответственно.the total gas flow rate is 20.0 ml / min, while the gas flow rate of boron trichloride (BCl 3 ) is 18.0 ml / min, and sulfur hexafluoride (SF 6 ) is 2.0 ml / min, which corresponds to a ratio of 9 : 1 respectively.

Примеры 2-5.Examples 2-5.

Аналогично примеру 1 осуществляют селективное реактивное ионное травление полупроводниковой гетероструктуры, имеющей те же слои GaAs/AlxGa1-xAs, но при других параметрах технологического режима, указанных в формуле изобретения (примеры 2-4), так и за ее пределами (примеры 4-5).Analogously to example 1, selective reactive ion etching is carried out for a semiconductor heterostructure having the same GaAs / Al x Ga 1-x As layers, but with different process conditions specified in the claims (examples 2-4), and beyond (examples 4-5).

Пример 6 соответствует данным образца прототипа. Данные по образцу прототипа отсутствуют, за исключением скорости и селективности травления.Example 6 corresponds to the sample prototype. Data on the prototype sample are not available, with the exception of the speed and selectivity of etching.

Изготовленные образцы полупроводниковой гетероструктуры (примеры 1-5) были исследованы на предмет:The fabricated samples of the semiconductor heterostructure (examples 1-5) were investigated for:

1. Анизотропии посредством измерения геометрических размеров потравленных окон на сканирующем электронном микроскопе Carl Zeiss Merlin (фиг. 1).1. Anisotropy by measuring the geometric dimensions of the etched windows on a scanning electron microscope Carl Zeiss Merlin (Fig. 1).

2. Неравномерности посредством измерения глубины травления при помощи профилометра Dektak 150 (фиг. 2).2. Irregularities by measuring the depth of etching using a Dektak 150 profilometer (FIG. 2).

3. Селективности посредством сравнения скорости травления слоя GaAs относительно слоя AlGaAs (фиг. 3).3. Selectivity by comparing the etching rate of the GaAs layer relative to the AlGaAs layer (Fig. 3).

4. Скорости травления слоя GaAs посредством измерения отношения глубины травления к времени травления (фиг. 4-6).4. The etching rate of the GaAs layer by measuring the ratio of the etching depth to the etching time (Fig. 4-6).

Как видно из фиг. 1, удовлетворительный уровень анизотропии (более 30) достигается в диапазоне давлений в реакторе 2-7 Па.As can be seen from FIG. 1, a satisfactory level of anisotropy (over 30) is achieved in the pressure range in the reactor 2-7 Pa.

Как видно из фиг. 2, низкий уровень неравномерности травления (менее 3%) достигается при соотношении компонентов смеси технологических газов BCl3/SF6 в диапазоне от 2:1 до 9:1.As can be seen from FIG. 2, a low level of etching unevenness (less than 3%) is achieved when the ratio of the components of the process gas mixture BCl 3 / SF 6 is in the range from 2: 1 to 9: 1.

Как видно из фиг. 3, высокий уровень селективности травления (более 200) достигается в диапазоне давлений в реакторе 2-7 Па.As can be seen from FIG. 3, a high level of etching selectivity (over 200) is achieved in the pressure range in the reactor 2-7 Pa.

Как видно из фиг. 4-6, скорость травления слоя GaAs варьируется в широких пределах в зависимости от входных параметров технологического процесса, что обеспечивает высокую контролируемость технологического процесса. Поэтому по показателю скорости не накладывается дополнительных ограничений на входные параметры технологического процесса.As can be seen from FIG. 4-6, the etching rate of the GaAs layer varies widely depending on the input parameters of the process, which ensures high controllability of the process. Therefore, the speed indicator does not impose additional restrictions on the input parameters of the process.

Как видно из фиг. 7:As can be seen from FIG. 7:

- скорость травления слоя GaAs в технологическом процессе прототипа не может быть ниже 1000 Ǻ/мин, что соответственно не позволяет контролировать процесс с высокой точностью,- the etching rate of the GaAs layer in the technological process of the prototype cannot be lower than 1000 Ǻ / min, which accordingly does not allow to control the process with high accuracy,

- селективность травления GaAs относительно AlGaAs в технологическом процессе прототипа не превышает 100, что значительно ниже селективности травления заявленным способом.- the selectivity of etching GaAs relative to AlGaAs in the technological process of the prototype does not exceed 100, which is significantly lower than the selectivity of etching by the claimed method.

Как видно из фиг. 8, поверхность канала полевого транзистора, потравленного заявленным способом в оптимальном режиме, не содержит каких-либо загрязнений или полимерных пленок, что в том числе иллюстрирует достижение высокого выхода годных.As can be seen from FIG. 8, the channel surface of the field-effect transistor etched by the claimed method in the optimum mode does not contain any impurities or polymer films, which also illustrates the achievement of a high yield.

Итак, образцы полупроводниковой гетероструктуры, селективное реактивное ионное травление которых осуществлено при параметрах технологического режима согласно заявленной формулы изобретения (примеры 1-3) имеют выход годных не менее 97 процентов, благодаря достижению селективности травления слоя GaAs относительно слоя AlGaAs не менее 200:1, неравномерности не более 3%, анизотропии не менее 30.So, samples of a semiconductor heterostructure, selective reactive ion etching of which was carried out under the parameters of the technological mode according to the claimed claims (examples 1-3) have a yield of not less than 97 percent, due to the selectivity of the etching of the GaAs layer relative to the AlGaAs layer of at least 200: 1, unevenness no more than 3%, anisotropy no less than 30.

Таким образом, заявленный способ селективного реактивного ионного травления полупроводниковой гетероструктуры в полной мере обеспечивает технический результат, а именно повышение выхода годных не менее 97 процентов.Thus, the claimed method of selective reactive ion etching of a semiconductor heterostructure fully provides a technical result, namely an increase in yield of not less than 97 percent.

Источники информацииInformation sources

1. Патент РФ №2065644 МПК H01L 21/00, приоритет 14.06.1994, опубл. 20.08.1996.1. RF patent No. 2065644 IPC H01L 21/00, priority 06/14/1994, publ. 08/20/1996.

1. Патент US 5837617 А.1. Patent US 5837617 A.

2. Патент ЕР 0492951 А1 - прототип.2. Patent EP 0492951 A1 - prototype.

Claims (2)

1. Способ селективного реактивного ионного травления полупроводниковой гетероструктуры, имеющей, по меньшей мере, последовательность слоев GaAs/AlGaAs с заданными характеристиками, включающий расположение полупроводниковой гетероструктуры на подложкодержателе в реакторе системы реактивного ионного травления с обеспечением контактирования слоя арсенида галлия с плазмой технологических газов, подачу в реактор технологических газов и последующее селективное реактивное ионное травление при заданных параметрах технологического режима, отличающийся тем, что используют полупроводниковую гетероструктуру, имеющую упомянутый слой AlGaAs толщиной не менее 10 нм, с содержанием химических элементов AlxGa1-xAs при х, равном либо большем 0,22, в качестве технологических газов используют смесь трихлорида бора и гексафторида серы при соотношении (2:1)-(9:1) соответственно, селективное реактивное ионное травление осуществляют при давлении в реакторе 2-7 Па, мощности, подаваемой в разряд, 15-50 Вт, температуре подложкодержателя 21-23°С, общем расходе технологических газов 15-25 мл/мин.1. A method of selective reactive ion etching of a semiconductor heterostructure having at least a sequence of GaAs / AlGaAs layers with predetermined characteristics, comprising arranging a semiconductor heterostructure on a substrate holder in a reactor of a reactive ion etching system to ensure that the gallium arsenide layer is contacted with the process gas plasma, fed to process gas reactor and subsequent selective reactive ion etching at specified process conditions, o Leach in that the semiconductor heterostructure AlGaAs layer having said thickness is not less than 10 nm, the content of the chemical elements Al x Ga 1-x As with x equal to or greater than 0.22, as process gases, a mixture of boron trichloride and sulfur hexafluoride when the ratio (2: 1) - (9: 1), respectively, selective reactive ion etching is carried out at a pressure in the reactor of 2-7 Pa, the power supplied to the discharge, 15-50 W, the temperature of the substrate holder 21-23 ° C, the total consumption process gases 15-25 ml / min. 2. Способ селективного реактивного ионного травления полупроводниковой гетероструктуры по п. 1, отличающийся тем, что об окончании реактивного ионного селективного травления судят одним из известных методов, например лазерной интерферометрии. 2. The method of selective reactive ion etching of a semiconductor heterostructure according to claim 1, characterized in that the end of reactive ion selective etching is judged by one of the known methods, for example laser interferometry.
RU2014148365/28A 2014-12-01 2014-12-01 Method of selective reactive-ion etching for semiconductor heterostructure RU2576412C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014148365/28A RU2576412C1 (en) 2014-12-01 2014-12-01 Method of selective reactive-ion etching for semiconductor heterostructure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014148365/28A RU2576412C1 (en) 2014-12-01 2014-12-01 Method of selective reactive-ion etching for semiconductor heterostructure

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2576412C1 true RU2576412C1 (en) 2016-03-10

Family

ID=55653974

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014148365/28A RU2576412C1 (en) 2014-12-01 2014-12-01 Method of selective reactive-ion etching for semiconductor heterostructure

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2576412C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2734845C1 (en) * 2019-12-27 2020-10-23 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) Method for plasma-chemical etching of heterostructures based on inp

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0492951A2 (en) * 1990-12-24 1992-07-01 Nec Corporation Dry etching process for gallium arsenide
JPH09260403A (en) * 1996-03-25 1997-10-03 Nec Corp Manufacture of semiconductor device
US6720200B2 (en) * 1996-10-30 2004-04-13 Nec Corporation Field effect transistor and fabrication process thereof
KR101290827B1 (en) * 2012-02-14 2013-07-29 인제대학교 산학협력단 Selective etching method of gaas/algaas heterojunction structure using plasma
RU2528277C1 (en) * 2013-04-12 2014-09-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук METHOD OF MAKING MULTI-STAGE SOLAR CELLS BASED ON Galnp/Galnas/Ge SEMICONDUCTOR STRUCTURE

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0492951A2 (en) * 1990-12-24 1992-07-01 Nec Corporation Dry etching process for gallium arsenide
JPH09260403A (en) * 1996-03-25 1997-10-03 Nec Corp Manufacture of semiconductor device
US6720200B2 (en) * 1996-10-30 2004-04-13 Nec Corporation Field effect transistor and fabrication process thereof
KR101290827B1 (en) * 2012-02-14 2013-07-29 인제대학교 산학협력단 Selective etching method of gaas/algaas heterojunction structure using plasma
RU2528277C1 (en) * 2013-04-12 2014-09-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук METHOD OF MAKING MULTI-STAGE SOLAR CELLS BASED ON Galnp/Galnas/Ge SEMICONDUCTOR STRUCTURE

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2734845C1 (en) * 2019-12-27 2020-10-23 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) Method for plasma-chemical etching of heterostructures based on inp

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103339733A (en) Method for producing semiconductor device, and semiconductor device
US20070190787A1 (en) Method for etching silicon-germanium in the presence of silicon
US20160149024A1 (en) High-electron mobility transistor and process to form the same
US11056347B2 (en) Method for dry etching compound materials
US8324685B2 (en) Semiconductor device having a fin-type semiconductor region
CN102792430A (en) Semiconductor substrate, method for manufacturing semiconductor substrate, electronic device, and method for manufacturing electronic device
JP2017514316A (en) Heterojunction field effect transistor
US8263468B2 (en) Thin body semiconductor devices
RU2576412C1 (en) Method of selective reactive-ion etching for semiconductor heterostructure
WO2018185850A1 (en) Manufacturing method for silicon carbide epitaxial wafer and manufacturing method for silicon carbide semiconductor device
CN104779280A (en) Nitride semiconductor epitaxial wafer and nitride semiconductor device
Linkohr et al. Influence of plasma treatments on the properties of GaN/AlGaN/GaN HEMT structures
CN107293587B (en) GaN/AlGaN gate groove low-damage etching method
DE112016005550T5 (en) Processes and solutions for the purification of Ingaas (or III-V) substrates
US8524550B2 (en) Method of manufacturing semiconductor device and semiconductor device
EP0755069B1 (en) Method of making In-containing III/V semiconductor devices
CN106920748B (en) Fin formula field effect transistor and forming method thereof
CN1877801A (en) Method of manufacturing junction field effect transistor
TW201833996A (en) Method of forming conformal epitaxial semiconductor cladding material over a fin field effect transistor (finfet) device
JP2014136658A (en) Group iii nitride semiconductor epitaxial wafer and production method thereof
US20150241785A1 (en) Method of manufacturing semiconductor device
Pei et al. Study of the n+ GaN cap in AlGaN/GaN high electron mobility transistors with reduced source–drain resistance
JP2013187285A (en) Epitaxial wafer manufacturing method
US20070231934A1 (en) Classification apparatus for semiconductor substrate, classification method of semiconductor substrate, and manufacturing method of semiconductor device
CN112342524B (en) Epitaxial growth method of gallium nitride high-aluminum component