掃碼添加微信，獲取更多半導(dǎo)體相關(guān)資料
本文介紹了水和溴在砷化鎵上的共吸附實(shí)驗(yàn)，并將其與H2O-Br2蝕刻劑溶液中砷化鎵的重現(xiàn)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了比較，因?yàn)檫@些模型實(shí)驗(yàn)肯定與實(shí)際的濕式化學(xué)處理并不相同，模型實(shí)驗(yàn)的結(jié)果可用于解釋再現(xiàn)實(shí)驗(yàn)收集的數(shù)據(jù)。因此兩種實(shí)驗(yàn)方法的結(jié)合可以更詳細(xì)地了解半導(dǎo)體的表面蝕刻。在本文中，我們將首先結(jié)合這兩種實(shí)驗(yàn)方法研究溴-h2O溶液中砷化鎵蝕刻的結(jié)果。
實(shí)驗(yàn)是在一個(gè)自制的電化學(xué)室中進(jìn)行的，由標(biāo)準(zhǔn)玻璃元素在惰性、干燥、無(wú)碳n2氣氛下建造，該玻璃腔室被直接連接到一個(gè)集成的超高真空(UHV)系統(tǒng)上，該裝置的示意圖如圖所示1，XPS測(cè)量使用了PHI5700多技術(shù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)附加到一個(gè)分配室，安裝在配電室上的還包括LEED系統(tǒng)，我們將在這里介紹用該設(shè)備進(jìn)行的第一次重現(xiàn)實(shí)驗(yàn)。
?
圖?1
在水吸附過(guò)程中Ga(a)和As(b)的三維核水平如圖所示2，在120eV的電子束激發(fā)和在室溫下解吸后，得到了最上面的光譜，測(cè)量數(shù)據(jù)以點(diǎn)表示，底部的光譜是從一個(gè)新切割的，干凈的表面獲得的如圖所示，兩個(gè)三維核心水平的發(fā)射可以分為兩個(gè)分量，分別分配給來(lái)自體原子和來(lái)自表面原子的發(fā)射。對(duì)于所有的BE差異，以各物種排放的最大值作為參考點(diǎn)。
?
圖?2
隨著溴沉積量的增加，AsBr3和GaBr3組分的排放量越來(lái)越強(qiáng)，它們的強(qiáng)度隨著溴吸附在表面的數(shù)量的增加而增加，這表明與砷化鎵底物的反應(yīng)在一定的覆蓋范圍內(nèi)沒(méi)有飽和，
隨著對(duì)水的額外吸附，形成了一種新的組分，它與Ga和As、氧化鎵(DBE=1.6eV)和三氧化二砷(DBE=2.8eV)的天然氧化物具有相同的結(jié)合能差，識(shí)別這個(gè)組件是很困難的。這個(gè)數(shù)量級(jí)的結(jié)合能僅在氧化的塊體材料中發(fā)現(xiàn)，而氧吸附實(shí)驗(yàn)顯示了較低的位移組分，在共吸附實(shí)驗(yàn)中，似乎形成了類似球狀的氧化鎵-Ga(OH)3和三氧化二砷-As(OH)3混合物，而在o2吸附實(shí)驗(yàn)中，僅僅插入到砷化鎵鍵中。隨著沉積水量的增加，氧化物的排放就越強(qiáng)，同時(shí)溴化物的排放也就越弱。
?
圖?4
當(dāng)溴被吸附在表面的Br上時(shí)(圖4)顯示了兩個(gè)組分，它們可以被分配到Br的兩種不同的氧化態(tài)，通過(guò)將水共吸附到預(yù)吸附的溴上，Br發(fā)射的BE提高了約0.5eV，這是由于共吸附的水將吸附的Br種進(jìn)行了溶劑化。溫度由于在吸附實(shí)驗(yàn)中，可以控制所呈現(xiàn)的水量，因此可以逐步觀察到吸附過(guò)程，從這些實(shí)驗(yàn)中，知道水分子最初解離，并以與Ga結(jié)合的OH基團(tuán)和與As結(jié)合的h基團(tuán)存在，通過(guò)吸附大量的水，可以在表面發(fā)現(xiàn)分子吸附的水分子（冰層），在退火過(guò)程中，最初形成的物種砷化氫傾向于用過(guò)量的水來(lái)水解，這導(dǎo)致了實(shí)驗(yàn)中觀察到的As氧化物的形成。在模型和重現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中，不同化學(xué)位移線的相對(duì)強(qiáng)度的微小差異，顯然不是由于反應(yīng)機(jī)理的不同，而是由于同一表面反應(yīng)的偏離過(guò)程
此外，在所進(jìn)行的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中，反應(yīng)物種的相對(duì)濃度(h2o/GaAs)和隨后的表面溶解/蒸發(fā)損失并沒(méi)有可比性。通過(guò)在蝕刻溶液或吸附質(zhì)混合物中加入溴，表面被氧化得更強(qiáng)烈，此外在光譜中可見更高的氧化態(tài)，同樣從光譜推導(dǎo)出的表面成分在模型和重現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中相似，最終得到的主要表面成分具有可比性，
對(duì)于單獨(dú)與水的反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)獲得的表面組成受到不同表面濃度和表面物種的溶解/蒸發(fā)速率的影響。此外，還必須考慮到復(fù)雜反應(yīng)速率及其對(duì)溫度的依賴性的影響。例如，As優(yōu)先丟失，從表面消失，并形成了富含ga2o3的表面氧化物，在重現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中，我們沒(méi)有在表面檢測(cè)到基本的As，而在模型實(shí)驗(yàn)中，在室溫退火時(shí)，As（和額外的氧化鎵）是由于砷化鎵和三氧化二砷的反應(yīng)而形成的。
從我們的結(jié)果來(lái)看，溴蝕刻過(guò)程中的中間反應(yīng)其高活性溴的產(chǎn)生是由于表面原子的氧化 反應(yīng)性插入GaAs結(jié)合和形成 反應(yīng)性GaBrx和AsBrx物種，那么很可能是由Br (Ga)的低結(jié)合能驅(qū)動(dòng)的，中間形成的溴化物是水解和更穩(wěn)定的鎵氧和砷氧鍵 (氧化物)形成。最終達(dá)到的表面成分取決于隨后產(chǎn)生的有效溶解/蒸發(fā)過(guò)程，這在吸附和再生實(shí)驗(yàn)中有所不同。
我們已經(jīng)證明，結(jié)合吸附實(shí)驗(yàn)和液體溶液的重現(xiàn)，可以更詳細(xì)地了解表面反應(yīng)步驟和所涉及的不同過(guò)程，模型實(shí)驗(yàn)允許通過(guò)改變實(shí)驗(yàn)條件如吸附條件和溫度來(lái)逐步研究所涉及的反應(yīng)，重現(xiàn)實(shí)驗(yàn)得到了一個(gè)達(dá)到的表面成分有效的實(shí)驗(yàn)蝕刻條件所使用，通過(guò)比較結(jié)果，驗(yàn)證了模型實(shí)驗(yàn)與濕式化學(xué)蝕刻條件下的近似水平。因此，隨著實(shí)驗(yàn)條件的進(jìn)一步變化，半導(dǎo)體濕化學(xué)蝕刻的機(jī)制可以在微觀水平上詳細(xì)闡明。