RU2633894C1 - Способ плазмо-стимулированного атомно-слоевого осаждения изолирующих диэлектрических покрытий на гетероструктурах нитрид-галлиевых полупроводниковых приборов - Google Patents
Способ плазмо-стимулированного атомно-слоевого осаждения изолирующих диэлектрических покрытий на гетероструктурах нитрид-галлиевых полупроводниковых приборов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2633894C1 RU2633894C1 RU2016125312A RU2016125312A RU2633894C1 RU 2633894 C1 RU2633894 C1 RU 2633894C1 RU 2016125312 A RU2016125312 A RU 2016125312A RU 2016125312 A RU2016125312 A RU 2016125312A RU 2633894 C1 RU2633894 C1 RU 2633894C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plasma
- substrate
- atomic
- layer deposition
- stimulated
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 11
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 title claims description 16
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims description 7
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 title abstract description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000002156 adsorbate Substances 0.000 claims abstract description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims abstract description 3
- 230000004936 stimulating effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- 238000006557 surface reaction Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 12
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 claims description 7
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000002161 passivation Methods 0.000 abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000010408 film Substances 0.000 description 4
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 3
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 125000002524 organometallic group Chemical group 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 125000004433 nitrogen atom Chemical group N* 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
Landscapes
- Formation Of Insulating Films (AREA)
Abstract
Изобретение относится к технологии осаждения изолирующих и пассивирующих диэлектрических покрытий на подложках типа AlGaN/AlN/GaN методом плазмо-стимулированного атомно-слоевого осаждения из металлоорганических прекурсоров таким образом, чтобы получить сниженные токи утечки и пассивацию поверхностных зарядовых состояний. Способ плазмо-стимулированного атомно-слоевого осаждения пленок изолирующих диэлектрических покрытий на подложки гетероструктур нитрид-галлиевых полупроводниковых приборов характеризуется тем, что поверхность гетероструктуры проходит предварительную обработку в индуктивно связанной плазме водорода низкого давления при пониженной вкладываемой в разряд мощности в зоне, удаленной от источника плазмы, в которой обеспечивается низкая концентрация ионов, не более 109 см-3 и одновременно высокая концентрация химически активных радикалов, не менее 1013 см-3, стимулирующие поверхностные реакции пассивации оборванных химических связей и удаления естественного оксида, адсорбированной из атмосферы влаги и других поверхностных адсорбатов для обеспечения последующего атомно-слоевого роста пленки на поверхности с минимальным количеством поверхностных состояний на границе раздела пленка-подложка. Технический результат: получение диэлектрического покрытия с низким содержанием дефектов и ловушек на границе с полупроводником состава AlGaN, что приводит к улучшению электрических и частотных характеристик формируемых нитрид-галлиевых полупроводниковых приборов. 2 з.п. ф-лы.
Description
Изобретение относится к технологии осаждения изолирующих и пассивирующих диэлектрических покрытий на подложки типа AlGaN/AlN/GaN методом плазмо-стимулированного атомно-слоевого осаждения из металлорганических прекурсоров.
Широко известен способ атомно-слоевого осаждения, позволяющий получать тонкие бездефектные пленки диэлектриков и металлов, толщина которых контролируется на атомарном уровне [1]. При применении такого подхода при осаждении слоев диэлектриков с высокой диэлектрической проницаемостью из металоорганических прекурсоров может требоваться температура, превышающая 500°С, что приводит к деградации сформированных ранее на подложке функциональных элементов. Способ был применен для создания нитрид-галлиевого транзистора, диэлектрические слои которого осаждаются методом атомно-слоевого осаждения [2]. Недостатком прибора, изготовленного по этой технологии, является ограничение рабочей частоты прибора (эффект коллапса тока) и рабочих напряжений (пробой) транзистора с такими диэлектрическими покрытиями. Причиной коллапса тока является наличие зарядовых поверхностных состояний на границе раздела и оборванных связей.
Улучшения характеристик прибора можно добиться пассивацией поверхности полупроводника, а также ее нитридизацией [3] при помощи слоя нитрида алюминия толщиной 2-10 нм, формируемого методом атомно-слоевого осаждения. Недостатком такого подхода является ограничение возможности применения такого метода только для пассивации структур нитрид-галлиевых приборов на гетероструктурах НЕМТ и невозможность пассивации границы полупроводник-диэлектрик на гетероструктурах MISHEMT приборов. Кроме того, реализация метода требует отдельного этапа в производстве транзисторной структуры с разрывом вакуума.
Указанные недостатки способа атомно-слоевого осаждения были устранены в способе плазмо-стимулированного атомно-слоевого осаждения [4], являющимся прототипом настоящего изобретения. В частности, применение плазмо-стимулированного атомно-слоевого осаждения позволяет резко понизить температуру процесса осаждения до 300°С.
Предлагаемый способ позволяет получить сниженные токи утечки и пассивацию поверхностных зарядовых состояний в полупроводниковом приборе за счет предварительной подготовки поверхности подложки гетерострутуры нитрид-галлиевых полупроводниковых приборов и улучшить электрические характеристики приборов.
Достижение указанного результата обеспечивается предлагаемым способом плазмо-стимулированного атомно-слоевого осаждения пленок изолирующих диэлектрических покрытий на подложки гетероструктур нитрид-галлиевых полупроводниковых приборов, влючающим в себя: помещение подложки в технологическую камеру, оборудованную для проведения плазмо-стимулированного атомно-слоевого осаждения; введение первого технологического материала в технологическую камеру; введение второго технологического материала в технологическую камеру; подачу в технологическую камеру одновременно с подачей второго технологического материала электромагнитной энергии мощностью более 600 Вт для генерации плазмы, ускоряющей реакцию между первым и вторым технологическими материалами (прекурсорами) на поверхности подложки; и формирование пленки на подложке посредством чередующегося ввода первого технологического материала и второго технологического материала, отличающийся тем, что подложка походит предварительную обработку в индуктивно связанной плазме водорода низкого давления при пониженной вкладываемой в разряд мощности в зоне, удаленной от источника плазмы, в которой обеспечивается низкая концентрация ионов, не более 109 см-3 и одновременно высокая концентрация химически активных радикалов, не менее 1013 см-3, стимулирующие поверхностные реакции пассивации оборванных химических связей и удаления естественного оксида, адсорбированной из атмосферы влаги и других поверхностных адсорбатов для обеспечения последующего атомно-слоевого роста пленки на поверхности с минимальным количеством поверхностных состояний на границе раздела пленка-подложка.
При этом подготовка поверхности в плазме водорода при пониженной вкладываемой мощности в удаленной от источника плазмы области до атомно-слоевого осаждения обеспечивает пассивацию оборванных связей, а обработка в плазме аммиака кроме эффекта, производимого радикалами водорода, способствует пассивации оборванных связей атомами азота.
Предлагаемый способ плазмо-стимулированного атомно-слоевого осаждения изолирующих диэлектрических покрытий на гетероструктурах нитрид-галлиевых полупроводниковых приборов обеспечивает получение диэлектрического покрытия с низким содержанием дефектов и ловушек на границе с полупроводником состава AlGaN, что приводит к улучшению электрических и частотных характеристик нитрид-галлиевых полупроводниковых приборов.
Источники информации
1. Патент США US 4058430, 1977 (Method for Producing Compound Thin Films, Tuomo Suntola et al.).
2. Патент США US 7692222 B2, 2010 (Atomic layer deposition in the formation of gate structures for III-V semiconductor, Kamal Tabatabaie et al.).
3. Патент США US 8937336 B2, 2015 (Passivation of group III-nitride heterojunction devices, Jing Chen et al.).
4. Патент США US 7314835 B2, 2008 (Plasma enhanced atomic layer deposition system and method, Tadahiro Ishizaka et al.).
Claims (3)
1. Способ плазмо-стимулированного атомно-слоевого осаждения пленок изолирующих диэлектрических покрытий на подложки гетероструктур нитрид-галлиевых полупроводниковых приборов, включающий в себя: помещение подложки в технологическую камеру, оборудованную для проведения плазмо-стимулированного атомно-слоевого осаждения; введение первого технологического материала в технологическую камеру; введение второго технологического материала в технологическую камеру; подачу в технологическую камеру одновременно с подачей второго технологического материала электромагнитной энергии мощностью более 600 Вт для генерации плазмы, ускоряющей реакцию между первым и вторым технологическими материалами на поверхности подложки; и формирование пленки на подложке посредством чередующегося ввода первого технологического материала и второго технологического материала, отличающийся тем, что подложка походит предварительную обработку в индуктивно связанной плазме водорода низкого давления при пониженной вкладываемой в разряд мощности в зоне, удаленной от источника плазмы, в которой обеспечивается низкая концентрация ионов, не более 109 см-3 и одновременно высокая концентрация химически активных радикалов, не менее 1013 см-3, стимулирующие поверхностные реакции пассивации оборванных химических связей и удаления естественного оксида, адсорбированной из атмосферы влаги и других поверхностных адсорбатов для обеспечения последующего атомно-слоевого роста пленки на поверхности с минимальным количеством поверхностных состояний на границе раздела пленка-подложка.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что предварительная обработка подложки производится в плазме смеси азота и аммиака, содержащей радикалы водорода и азотсодержащие соединения, обеспечивающей дополнительную нитридизацию верхнего слоя подложки.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что предварительная обработка подложки производится в плазме смеси аммиака и водорода.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016125312A RU2633894C1 (ru) | 2016-06-24 | 2016-06-24 | Способ плазмо-стимулированного атомно-слоевого осаждения изолирующих диэлектрических покрытий на гетероструктурах нитрид-галлиевых полупроводниковых приборов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016125312A RU2633894C1 (ru) | 2016-06-24 | 2016-06-24 | Способ плазмо-стимулированного атомно-слоевого осаждения изолирующих диэлектрических покрытий на гетероструктурах нитрид-галлиевых полупроводниковых приборов |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2633894C1 true RU2633894C1 (ru) | 2017-10-19 |
Family
ID=60129629
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016125312A RU2633894C1 (ru) | 2016-06-24 | 2016-06-24 | Способ плазмо-стимулированного атомно-слоевого осаждения изолирующих диэлектрических покрытий на гетероструктурах нитрид-галлиевых полупроводниковых приборов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2633894C1 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7163721B2 (en) * | 2003-02-04 | 2007-01-16 | Tegal Corporation | Method to plasma deposit on organic polymer dielectric film |
| US7314835B2 (en) * | 2005-03-21 | 2008-01-01 | Tokyo Electron Limited | Plasma enhanced atomic layer deposition system and method |
| US7435445B2 (en) * | 2002-09-17 | 2008-10-14 | Moohan Co., Ltd. | Method for manufacturing semiconductor device |
| US8921228B2 (en) * | 2011-10-04 | 2014-12-30 | Imec | Method for selectively depositing noble metals on metal/metal nitride substrates |
| RU2584841C2 (ru) * | 2011-04-07 | 2016-05-20 | Пикосан Ой | Атомно-слоевое осаждение с плазменным источником |
-
2016
- 2016-06-24 RU RU2016125312A patent/RU2633894C1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7435445B2 (en) * | 2002-09-17 | 2008-10-14 | Moohan Co., Ltd. | Method for manufacturing semiconductor device |
| US7163721B2 (en) * | 2003-02-04 | 2007-01-16 | Tegal Corporation | Method to plasma deposit on organic polymer dielectric film |
| US7314835B2 (en) * | 2005-03-21 | 2008-01-01 | Tokyo Electron Limited | Plasma enhanced atomic layer deposition system and method |
| RU2584841C2 (ru) * | 2011-04-07 | 2016-05-20 | Пикосан Ой | Атомно-слоевое осаждение с плазменным источником |
| US8921228B2 (en) * | 2011-10-04 | 2014-12-30 | Imec | Method for selectively depositing noble metals on metal/metal nitride substrates |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10410943B2 (en) | Method for passivating a surface of a semiconductor and related systems | |
| US9905492B2 (en) | System and method for gas-phase passivation of a semiconductor surface | |
| US9911676B2 (en) | System and method for gas-phase passivation of a semiconductor surface | |
| JP6106908B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| US20150137138A1 (en) | Transistor and method for producing transistor | |
| JP5499319B2 (ja) | 半導体デバイス及びその製造方法 | |
| US5336361A (en) | Method of manufacturing an MIS-type semiconductor device | |
| RU2633894C1 (ru) | Способ плазмо-стимулированного атомно-слоевого осаждения изолирующих диэлектрических покрытий на гетероструктурах нитрид-галлиевых полупроводниковых приборов | |
| WO2016079498A1 (en) | Dielectric barrier layer | |
| KR102003151B1 (ko) | 반도체 장비의 박막 형성 방법 및 반도체 장비의 질화 알루미늄 박막 형성 방법 | |
| US10192963B2 (en) | Composite gate dielectric layer applied to group III-V substrate and method for manufacturing the same | |
| Hinkle et al. | Surface studies of III-V materials: oxidation control and device implications | |
| Kato et al. | Interfacial reaction mechanisms in Al2O3/Ge structure by oxygen radical process | |
| US8426288B2 (en) | Method for improving capacitance uniformity in a MIM device | |
| JP2017108126A (ja) | Ｉｉｉ 族窒化物半導体装置の製造方法および半導体ウエハの製造方法 | |
| US9691872B2 (en) | III-V semiconductor device with interfacial layer | |
| US9330901B2 (en) | Nitrogen-containing oxide film and method of forming the same | |
| JP6436720B2 (ja) | Ｉｉｉ族窒化物半導体装置とその製造方法 | |
| Su et al. | Self-terminated gate recessing with a low density of interface states and high uniformity for enhancement-mode GaN HEMTs | |
| TWI754684B (zh) | 用於半導體表面之氣相鈍化的系統及方法 | |
| JP6540571B2 (ja) | 半導体装置の製造方法及び半導体装置 | |
| US20140273519A1 (en) | Hydrogen-plasma process for surface preparation prior to insulator deposition on compound semiconductor materials | |
| Lu et al. | Initial surface reactions in atomic layer deposition of Al2O3 on the hydroxylated GaAs (001)-4× 2 surface | |
| US20230111123A1 (en) | Method for producing a layer of aluminium nitride (aln) on a structure of silicon or iii-v materials | |
| JP7130986B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 |