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摘要
? ? ? 本文所描述的工作是對氮化鎵的表面清潔和歐姆接觸策略的系統(tǒng)研究的一部分。本研究的目的是確定最有效的濕化學和熱解吸清洗去除氧(O)和C)碳的方法。比較了氫氯（HC1）和氫氟(HF)酸基清洗處理，并在超高真空(UHV)條件下將熱解吸作為溫度的函數(shù)進行了表征。在整個研究過程中，俄杰電子能譜(AES)分析用于監(jiān)測表面O和C的存在。對于去除表面氧化物，hcl基溶液被發(fā)現(xiàn)是最有效的；在清潔的空氣暴露條件下，HCI：DIH20（1：1）溶液導致殘留的O和C水平最低。然而，hf基溶液導致更有效的從表面熱解吸C。與通常觀察到的熱解吸清潔砷化鎵的結(jié)果，完全去除暴露氮化鎵氧和碳表面沒有單獨使用真空加熱，甚至溫度氮化鎵分解發(fā)生(>800-900℃）。本研究的結(jié)果表明，氮化鎵表面的氧和碳的存在即使是高溫，必須添加進一步的原位清潔方法，以獲得光譜清潔的氮化鎵表面。
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介紹?
? ? ? 半導體器件結(jié)構(gòu)之間的表面和界面是固態(tài)結(jié)構(gòu)的基本組成部分。隨著設備尺寸的縮小和集成規(guī)模的增加，這些接口的質(zhì)量已經(jīng)成為一個越來越重要的問題。此外，寄生電阻和電容的存在，如在接觸界面上存在的電容，在更高的工作功率和更高的振蕩頻率下變得更加有害。對于許多設備，發(fā)生在接觸接口上的損失占總損失的很大一部分，因此會對設備造成重大影響的性能。在半導體器件技術(shù)的發(fā)展過程中，表面清潔程序已經(jīng)被設計出來脫脂并去除嚴重污染，去除顆粒和金屬原子污染，去除表面氧化物，使表面提供盡可能的原子清潔。在實踐中，表面清潔既是一種藝術(shù)形式或工藝，也是一種科學；對表面組成和結(jié)構(gòu)的理解往往遠遠落后于處理步驟的成功應用。程序通常是通過經(jīng)驗推導出來的，很少對所涉及的化學或物理進行詳細的調(diào)查。
? ? ? 本研究比較了氫氯（HCI）和氫氟(HF)酸作為清潔劑；還比較了水溶液和甲醇基溶液的效果。已知HCI和高頻溶液都能去除ga基半導體中的氧化物。然而，有證據(jù)表明高頻溶液更有效的電和化學鈍化，通過“捆綁”暴露懸鍵與原子氫，使用低分子量有機化合物鈍化表面也在本研究中使用甲醇溶液，并與水溶液進行比較，觀察由于氧和碳殘基與氮化鎵表面的鍵不同而導致的熱解吸行為的任何差異。
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實驗
? ? ? 實驗中使用的紫外線、臭氧裝置由室內(nèi)空氣中的汞燈組成。樣品表面放置在燈表面2-3mm內(nèi)；典型的紫外線暴露為20min。除接收和紫外、臭氧氧化條件外，連續(xù)用三氯乙烯(TCE)、丙酮、甲醇(MeOH)對樣品進行溶劑清洗，并在每個酸清洗溶液中浸泡3min。本研究中使用的所有化學試劑均為高純度電子級；沒有使用最終的水沖洗。每次濕式化學清洗后，樣品立即用N2吹干，固定在樣品支架上，并盡快插入真空系統(tǒng)（基礎壓力510-9Torr及以下），以盡量減少暴露在室內(nèi)空氣中。在將樣品固定到樣品塊所需的時間內(nèi)，每個樣品不可避免地暴露在空氣中約10min。對于熱解吸，樣品在(UHV)條件下(<室的510-9Torr)使用熱絲加熱；樣品以大約每分鐘75~的速度加熱，并按所需的速度保存冷卻15min后冷卻進行分析。
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結(jié)果和討論
? ? ?從各種濕化學溶液中清洗的氮化鎵表面中獲得的AES光譜如圖所示1，以及典型空氣暴露條件和紫外線、臭氧氧化表面的光譜?！癉I”指去離子水；“溶劑清洗”指傳統(tǒng)的三氯乙烯(TCE）、丙酮和甲醇(MeOH)。為了繪制這些數(shù)據(jù)，氮的峰到峰的高度都被設置為相同的值，以便可以比較氧和碳的相對濃度。峰值高度比的相關(guān)數(shù)據(jù)見表1。氧和碳信號的峰頂高度與氮信號的峰頂高度有關(guān)，表明了加氧基和碳基表面覆蓋層的相對豐度。比率之所以使用峰值高度，是因為，盡管給定峰值中的計數(shù)總數(shù)可能因運行而異，但對于給定表面的相對峰值強度保持不變。在接收到的表面使用紫外線、臭氧氧化導致O大量增加，C覆蓋率略有增加，這并不奇怪。
? ? ? 其他最近的熱解吸實驗的結(jié)果NCSU在真空中執(zhí)行類似氮化鎵薄膜迄今為止表明，O和C沒有完全消失，甚至氮化鎵分解發(fā)生的溫度(>800-900℃）。這些觀察形成成熟的，通常直接的砷化鎵表面氧化物的熱行為。活性物種的存在來幫助表面去除（例如，氫等離子體，離子轟擊等）。在NH3通量中加熱以抑制氮化鎵分解，預計會產(chǎn)生比真空中簡單的熱解吸更清潔的表面。在這方面的一個重要考慮是目前關(guān)注H及其補償體雜質(zhì)的作用。尋找一種盡可能獲得原子“原始”表面的方法，必須包括與表面清潔程序有關(guān)的可能發(fā)生的任何表面損傷或其他性質(zhì)退化的特征。
? ? ? 在清洗方法中使用電離的、加速的氣相物質(zhì)很可能會造成一些表面損傷，這取決于電離物質(zhì)的動能和質(zhì)量。也有濕化學清洗步驟也可能造成一些表面損傷；有跡象表明，即使短期暴露于酸水溶液也會導致砷化鎵表面微脫落，隨著暴露時間的增加而增加。
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圖1 用不同化學處理清洗的氮化鎵表面的AES測量光譜
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表一 不同濕化學處理處理的氮化鎵表面的相對霧峰強度
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圖3 高頻清洗后的氮化鎵表面的AES測量光譜隨溫度的變化
結(jié)論
? ? ??本研究進行的表面清潔實驗結(jié)果表明，氮化鎵表面的清潔溶液的選擇取決于在后續(xù)處理步驟之前是否在真空中進行熱解吸。在這里研究的濕化學清洗方法中，HCI：DI（1：1）溶液在清潔的表面殘氧和碳水平最低。所有檢測的涉及心衰的清潔方法最初都發(fā)現(xiàn)在表面留下更多的氧和碳。相比之下，我們發(fā)現(xiàn)基于hf的清潔處理可以更有效地從表面解吸C。與砷化鎵的熱解吸清洗中通常觀察到的結(jié)果相反，僅使用真空加熱沒有完全去除空氣暴露的氮化鎵表面的O和C，即使是氮化鎵分解的溫度(>800-900℃在加熱到800℃后，特別是HF：MeOH樣品，經(jīng)歷了大量的C去除；然而，殘氧覆蓋并沒有低于HCl清洗表面的水平。除了簡單的濕式化學清潔和熱解吸外，進一步的原位處理是必要的，以實現(xiàn)光譜清潔的氮化鎵表面。
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