РОЗДІЛ 2
ЗРАЗКИ ТА МЕТОДИ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ДОСЛІДЖЕННЯ АДСОРБОЕЛЕКТРИЧНИХ ЕФЕКТІВ В БАГАТОШАРОВИХ НАПІВПРОВІДНИКОВИХ СТРУКТУРАХ
2.1 Технологія виготовлення Pd- та CuxPd - МДН - структур
Для виготовлення багатошарових напівпровідникових структур з каталітично активними шарами з Pd- та композиту CuxPd (типу МДН-транзисторів та МДН-конденсаторів), які є чутливі до адсорбції водню та воднемістких молекул використовувалися підкладки кремнію леговані бором (р - типу) з питомим опором 7,5 Ом?см та з орієнтацією поверхні (100).
Діелектричні шари діоксиду кремнію (SiO2) отримували методом термічного окислення при температурі 1000?С в атмосфері сухого кисню. Такий метод отримання плівок SiO2 забезпечує їх високу маскувальну здатність та низьку густину поверхневих станів (?1011 см-2).
Нітрид кремнію Si3N4 отримували оммолізом моносилану або тетрахлориду кремнію в реактори зі зниженим тиском при температурі 800-900?С. Реакція проходить з виділенням великої кількості водню, який може частково розчинятися в зростаючому шарі. Товщини діелектричних шарів вимірювались методом лазерної еліпсометрії з застосуванням еліпсометру ЛЕФ - 3М.
Дуже важливою технологічною операцією з точки зору отримання високої газової чутливості Pd- та Cu/Pd - МДН - структур до адсорбції водню є формування плівок паладію та композиту CuxPd на поверхні діелектричних шарів, тому що саме ці металеві плівки і визначають газову чутливість. Адгезія паладію до діелектричних шарів SiO2 та Si3N4 значно слабша ніж у алюмінієвих плівок. Тому дуже важливо знайти ті технологічні умови та заходи, при яких досягалось би достатнє зчеплення паладієвих електродів з поверхнею діелектриків.
Вважаючи, що адгезія паладію в значній мірі залежить від чистоти поверхні діелектрика, особливе значення мають методи очистки поверхні діелектриків. При підготовці пластини до нанесення металевого електроду, спочатку проводили відмивання поверхні пластини в деіонізованій воді для вилучання механічних забруднень. Потім пластини промивалися в розчині чотирьоххлористого вуглецю (CCl4) (ОСЧ) для знищення неполярних молекул органічного походження. Для знімання полярних органічних молекул пластини промивалися в ацетоні (ОСЧ), потім підвергалися промивці в деіонізованій воді. Перед безпосереднім нанесенням металу пластини ще раз обезжирювалися в парах толуолу. При такому способі очистки відсутня повторна адсорбція забруднення на підкладку.
Термічне випаровування паладію не дає доброї адгезії з поверхнею діелектриків SiO2 та Si3N4 при температурах підкладки менше ніж 400?С. В той же час нагрів підкладки до 400?С і вище викликає дифузію паладію через шари діелектрика, що приводить до деградації структур (великим витікам струму), Крім того, при таких температурах починається ефузія водню із нітриду кремнію. Тому виникла необхідність в застосуванні інших методів напилення, які б давали добру адгезію паладію з поверхнею діелектричних шарів і в той же час не руйнували би діелектричного покриття.
Вибір метода магнетронного розпилення [53] пов'язаний саме з тим, що поруч з доброю адгезією, яку отримуємо в результаті нанесення паладію, спостерігається мінімальне порушення діелектричного шару. Якщо порівняти метод магнетронного розпилення з методами електронно-променевого випаровування та високочастотного розпилення, то при магнетронному розпиленні підкладка спеціально не нагрівалася, але її температура була ? 60?С, а у випадку застосування інших вищеописаних методів - 500?С і 400?С, відповідно. Джерелом нагріву підкладки служить радіаційний вплив, що супроводжує процес розпилення. У магнетронного розпилення джерелом радіаційного впливу на підкладку являються фотони, в той час як при електронно-променевому і високочастотному розпиленні цім джерелом в основному є рентгенівське випромінювання, яке більше порушує діелектричну плівку. Тому метод магнетронного розпилення можна використовувати для нанесення металічних контактів на тонкі діелектричні шари, не змінюючи при цьому структури та властивостей діелектричних шарів.
Зауважимо, що підвищення адгезії металів до діелектричних шарів є дуже важливим фактором стабільної роботи приладів на основі МДН - структур. Це особливо сильно проявляється при використанні багатошарових напівпровідникових структур для реєстрації водню, тому що в результаті поглинання водню кристалічна гратка паладію має властивість розширюватися. В тонких плівках паладію при тисках більших ніж 104 Па може формуватися ? - фаза гідриду паладію, в результаті стала гратки паладію збільшується з 0,38 нм до 0,42 нм. Це неминуче приводить до відшарування та руйнування паладієвої плівки внаслідок виникнення механічних напруг [54-57]. Оптимальні режими роботи магнетрону для отримання доброї адгезії плівки паладію з поверхнею SiO2 - Si3N4 визначені експериментальним шляхом і представлені в таблиці 2.1.
Таблиця 2.1
Режими формування Pd та Cu плівок методом магнетронного розпилення
Тип металуРобоча напруга розряду,
ВРобочий струм розряду,
мА
Питома потужність розряду,
мВт/см2Час розпилення,
хв.Pd150-20020-25141-2355-8Cu400-60030-40565-112910-12
Для отримання композитних шарів CuxPd тонкі шари міді (?10 нм) наносилися на поверхню паладієвої плівки також методом магнетронного розпилення. Режими нанесення шарів міді приведені у таблиці 2.1.
Нанесення плівок паладію та міді здійснювалося через титанову металічну маску, яка знежирювалася в ацетоні та парах толуолу. Діаметр отвору ? 3 мм. При обробці експериментальних даних діаметр кожного електроду додатково вимірювався під мікроскопом. Товщини нанесених паладієвих шарів вимірювалися методом інтерференційної мікроскопії на мікроскопі МІІ - 4 і дорівнювали d1 = 50 нм та d2 = 100 нм відповідно першому та другому режимам розпилення. Товщина мідної плівки була виміряна на профілометрі Dektak 3030 auto II і дорівнювала d = 10 нм.
Для утворювання омічного контакту до зворотної сторони підкладки наносили методом термічного випаровування шар алюмінію товщиною ? 1 мкм. Стр
- Київ+380960830922