기술은 접촉 / 기판과 하나의 GaN 나노 와이어 장치의 접촉 / NW 인터페이스의 시험 및 특성화를 허용하기 위해, 기판에서의 Ni / AU 접촉 금속 필름을 제거하는 개발되었다.
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이 논문에서
요약
초록
SiO2를 하나씩 상에 제조 된 GaN 나노 와이어 (NW) 장치 인해 접촉 / SiO2를 계면에 보이드의 발생에 소둔 후의 강한 열화를 나타낼 수있다. 이 보이드 형성 균열 저항성을 증가 시키거나 NW 디바이스의 완전한 실패로 이어질 수있는 금속 막, 박리의 원인이됩니다. 보이드 형성과 관련된 문제점을 해결하기 위해, 기술은 접촉 / 기판 및 단일의 GaN NW 디바이스의 접촉 / NW 인터페이스의 시험 및 특성화를 허용하도록 기판에서 니켈 / 금 접촉 금속 필름을 제거하는 개발되었다. 이 절차는, 기판과 나노 와이어에 접촉 필름의 부착 정도를 판단하고, 기판과 나노 와이어와 접촉 계면의 형태 및 조성물의 특성을 허용한다. 이 기술은 또한 NW 서스펜션에서 남아있는 잔류 오염 물질의 양을 평가하는 데 유용합니다차 전 금속 증착에 NW-SiO2를 표면에 포토 리소그래피 공정에서. 이 절차의 세부 단계는 SiO2를 기판에 Mg 도프의 GaN 나노 와이어에 열처리 니켈 / 금 접점의 제거를 위해 제공됩니다.
서론
단일 NW 장치는 절연 기판 상에 NW 현탁액 분산제 및 임의로 형성된 2 개의 단자 디바이스 결과, 종래의 포토 리소그래피 및 금속 증착을 통해 기판상의 접촉 패드를 형성함으로써 만들어진다. 실리콘 웨이퍼 상에 SiO2 막 두께는 일반적으로 절연 기판 1,2로서 사용된다. SiO2를 표면에 증착 된 금속의 열처리로 인한 일반적인 문제는 금속 / SiO2를 계면에 보이드의 발생이다. 분해 및 금속 막의 박리에 더하여,이 보이드 형성에 부정적인 접촉 면적의 감소로 인한 저항 증가로 소자의 성능에 영향을 미칠 수있다. 2 / O 2 N 분위기에서 산화 니켈 / 금 접촉은 P-GaN으로 3-7에 적용되는 주된 접촉 방식입니다. N 2 / O 2의 열처리 중에 니켈이 NiO로와의 AU까지 확산을 형성하는 표면에 확산기판 표면.
이 작품에 연락처 / NW 및 연락처 / 그런가 2 인터페이스에서 과도한 무효 형성 그런가 2 8 나노 와이어에 니켈 / 금 접점의 어닐링 중에 발생하는 것으로 나타났다. 어닐링 니켈 / 금 막의 표면 형태는, 그러나, 보이드의 존재 또는 보이드가 발생하는 정도를 나타내지 않는다. 이 문제를 해결하기 위해, 기판과 나노 와이어와 접촉 인터페이스를 분석하기 위해 SiO2로 / 실리콘 기판에서의 Ni / AU 연락처와의 GaN 나노 와이어의 제거를위한 기술을 개발했다. 이 방법은 기판에 접착 불량이있는 접촉 구조체의 제거를 위해 사용될 수있다. 그들에 포함 된 GaN 나노 와이어와 니켈 / 금 필름은 탄소 테이프로 SiO2를 기판으로부터 제거된다. 카본 테이프가 다른 여러 도구와 함께 주사 전자 현미경 (SEM)을 이용하여 특성화 마운트 표준 핀에 부착된다. 팹에 대한 자세한 절차는하나의 GaN NW 장치와의 접촉 인터페이스 형태의 분석 rication이 설명되어 있습니다.
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프로토콜
이러한 실험에 사용 된 GaN 나노 와이어는 실리콘 (111) 기판 09의 촉매가없는 분자 빔 에피 택시 (MBE)에 의해 성장시켰다. 성장 된 나노 와이어와 함께 기판으로부터 NW 현탁액을 제조하기위한 일반적인 절차는도 1에 도시되어있다.
1. 나노 와이어 서스펜션 준비
- 기판 상에 성장 된 나노 와이어의 작은 (<5mm X 5mm) 조각을 쪼갠다.
- 이소프로판올 약 1 ㎖ (IPA)와 작은 덮인 유리 병을 채우십시오.
- 기판에서 나노 와이어를 제거하기 위해 약 30 초 동안 모자 및 초음파 처리를 닫고, 유리 병에 쪼개진 조각을 놓습니다. 일단 제조, NW 현탁액를 장기간 생존 유지된다.
2. 기판 준비
사용 된 기판은 (ρ ~ 0.001-0.005 Ω-cm) 3 인치시는 양쪽에 열 성장 그런가 2의 200 nm의와 웨이퍼 고농도됩니다.
- ELE 경우실리콘 기판에 ctrical 접점이 요망되고, 다음 조건, O 2 유량 = 20 SCCM, CHF 3 유량 = 50 SCCM, -240 V의 바이어스, 120 W와 RIE 식각 장치를 이용하여 웨이퍼의 뒷면에서 산화물을 에칭 20 분. 이 단계는 또한 전자 현미경 동안 시편의 충전을 방지 할 수 있습니다.
- 산화물 식각 한 후, 5 분 동안 아세톤 ~ 100 ㎖와 1000 ㎖의 비이커에 삼각대 홀더를 사용하여 얼굴을 아래로 담근다는 청결 웨이퍼.
- 아세톤에서 웨이퍼를 제거하고 즉시 용매 폐기물에 사용할 빈 1,000 ㎖의 비이커에 IPA의 분출 병을 사용하여 웨이퍼의 양면을 씻어 낸다.
- IPA를 사용하여 2 단계를 반복합니다.
- 용매 폐기물 비커에 탈 H 2 O와 웨이퍼를 세척 3 단계를 반복합니다.
- 탈 H 2 O를 사용하여 2 단계를 반복
- 압축 건조 N 2를 사용하여 웨이퍼를 건조 불어.
3. 나노 분산
- W 깨끗한 베기afer를로 4 분기와 동일. 각 분기는 3 접촉 패턴도 2a 및도 B에 나와있는 일반적인 영역에에 부착해야합니다.
- 이전에 정지에 균일 한 NW 농도를 얻기 위해 분배에 NW 서스펜션의 유리 병을 초음파 처리.
- 원하는 방울 크기 (3-30 μL)에 마이크로 피펫을 설정하고 유리 병에서 NW 서스펜션을 그립니다.
- 분산을 위해 사용되는 기판의 조각 (¼ 웨이퍼)을 가지고 NW 현탁액의 가장자리에 떨어져 마이그레이션하지 않습니다 있도록 수준인지 확인합니다.
- 콘택트 패턴이 증착 될 것이다 일반 영역의 Si 기판의 (산화) 표면 상에 NW 현탁액을 분배. 원하는 경우, 이전 드롭 용매 후, 같은 지역에있는 NW 서스펜션의 예금 추가 하락은 증발하고있다.
- 연락처 패턴이 될 것입니다 다른 두 영역에 대한 3.4 단계를 반복합니다. 이상에서 NW 현탁액을 분배하지 마십시오교차 오염을 방지하기 위해 하나의 기판 조각 (¼ 웨이퍼)상의 한 성장 매수보다. 기판 상 NW 현탁액의 분산은도 2C와 D에 설명되어 있습니다.
- NW 서스펜션의 최종 드롭이 증발 한 후, 삼각대 홀더에 샘플 얼굴을 아래로 배치하고 부드럽게 원치 않는 불순물을 제거하기 위해 아세톤 및 이소프로판올의 연속 화장실에 담근다. 탈 H 2 O에 씻어, 그리고 N 2에서 건조한다. 분출 병을 사용하거나 표면에서 나노 와이어의 과도한 제거를 방지하기 위해 세정 공정 중에 용매를 초음파 처리하지 않는다.
4. 연락 패턴의 포토 리소그래피
~ 20 ° C 및 ~ 40 %의 상대 습도의 환경 조건과 클린 룸의 접촉 패턴을 생성하기 위해 표준 포토 리소그래피 기술을 사용합니다. 마스크 얼 라이너 강도 (4.6 단계), 노출 시간 (단계 4.8) 및 시간 (단계 4.9) 개발 장비에 의존하는 것입니다ND 약 0.5 ㎛, 언더컷 리프트 오프 (lift-off) 레지스트 (LOR)를 최대 패턴 정의를 생성하도록 조정해야합니다.
- 스핀 리프트 오프 (lift-off)는 45 초 (2) 2,000 rpm으로 10 초 (1) 300 rpm의 두 단계 제조법을 사용하여 샘플에 저항한다.
- 150 ~ 170 ℃에서 5 분 동안 구워 핫 플레이트에 샘플을 놓고
- 샘플을 제거하고 30 초 동안 냉각 할 수 있도록하고 (2) 45 초 동안 5,000 rpm에서 3 초 (1) 1,000 RPM의 2 단계 제조법을 사용하여 포토 레지스트에 스핀.
- 115 ℃에서 1 분 동안 구워 핫 플레이트에 샘플을 놓고
- 샘플은 1 분 동안 식히십시오.
- 1.90 mW의 / ㎠ ~의 빛의 강도에 마스크 얼 라이너를 보정합니다.
- 설치 접촉 패턴에 대한 적절한 마스크, 마스크 얼 라이너에 샘플을로드합니다.
- 마스크와 접촉 샘플을 가져와 24 초 샘플을 공개합니다.
- 21 초 동안 개발자의 비커에 샘플을 소용돌이에 의해 포토 레지스트를 개발한다.
- 탈 H 2 O 헹군 후 w를 건조 불어i 번째 N 2.
5. 이전에 금속 증착에 전처리 샘플
H 2 O 욕 : 종래의 금속 증착을위한 전자빔 증착기에 샘플을 로딩으로, 패터닝 된 웨이퍼보기 UV 오존 처리 및 염산을 준다.
- 80 SCCM의 초 고순도 O 2 유량 10 분 동안 UV 오존 발전기에 부하 샘플.
- 후 UV 오존 처리, 염산의 장소 샘플 : 실온에서 1 분 H 2 O (1:10) 솔루션을 제공합니다.
- 탈 H 2 O와 샘플을 씻어 N 2로 가볍게 건조한다.
6. 연락처 금속의 전자 빔 증착
- 즉시 전처리 후, e-빔 증발에 나사와 클립 및 보안 압반을 사용하여 플래 튼에 샘플을 탑재. 충분한 니켈과 금을 증착 사용할 수 있는지 확인하십시오.
- 압력이 P 아래에 1.3 × 10 -3 될 때까지 실을 펌프 다운(1 μTorr)을 (하룻밤 펌프해야 할 수도 있습니다).
- 10 kV의 높은 전압을 설정하고 5 rpm에서 샘플의 회전을 시작합니다. 확인 셔터가 닫혀 있습니다.
- 니켈 도가니를 선택하고 결정 박동 모니터에 니켈에 대한 매개 변수를 입력합니다. 예금 50 NM ~ 0.1 ㎚ / s의 증착 속도에서의 Ni (500 Å).
- 니켈 공급원은 충분히 (~ 15 분)을 냉각하면, 금 도가니로 전환의 Au 대에게 매개 변수를 변경하고, ~ 0.1 ㎚ / sec의 증착 속도에서의 Au 기탁 100 NM (1000 Å).
- 오 도가니 (~ 10 분)을 냉각하면, 실 벤트 및 샘플 플래 튼을 언로드. 금속 두께를 모르는 경우, 니켈 / 금 두께를 결정하는 프로파일 측정기를 사용합니다.
7. 연락처 금속 리프트 오프 (lift-off)
- 플래 튼에서 샘플을 제거하고 포토 레지스트에 증착 된 금속을 들어 올릴 때는 몇 시간 동안 실온에서 포토 레지스트 스트리퍼 욕조에 넣습니다. 원하는 경우에서 가속하기 위해 50 ~ 60 ° C의 목욕 온도를 상승속도 리프트 오프 (lift-off).
- 금속이 완전히 벗겨지지 않는 경우, 강제로 표면에 남아있는 바람직하지 않은 금속을 제거하는 리무버 PG의 분출 병을 사용합니다. 이 나노 와이어는 금속에서 무료로 휴식을 일으킬 수 있기 때문에 샘플을 초음파 처리하지 마십시오.
- 용매 폐기물 비커에 IPA 샘플에서 리무버 PG을 씻어 깨끗한 IPA의 비커에 샘플을 놓습니다.
- 를 반복 한 다음 탈 H 2 O를 사용하여 단계 7.3 및 N 2를 사용하여 샘플의 건조를 날려.
8. 연락처 단련
열처리 장치와 이들을 비교하기 위해 접촉 어닐링 전에 테스트 장치. 프로세스 가스로서 초 고순도 N 2 / O 2 3:1로 급속 열 어닐 (RTA)을 이용하여 니켈 / 금 막의 접촉 어닐링을 수행한다.
- 금속 접촉을 증착 한 후 평형에 도달하기 위해, 어닐링 샘플 전에 접촉 금속의 제거 후 최소 24 시간을 기다립니다.
- 어떤 샘플없이 5 분 동안 650 ° C의 온도에서 N 2 / O 2를 실행하여 RTA를 퍼지.
- 로드 샘플 및 1.4 SLPM에 N의 유량 2 / O 2를 조정합니다.
- 10 분 동안 550 ° C에서 어닐링 샘플. 온도 상승 속도는 ~ 500 ° C / 분이었다.
9. 니켈 / 금 필름 제거
니켈 / 금 필름의 제거는 파괴적인 과정이기 때문에, 장치는 일반적으로 이미지가이 단계 이전에 테스트됩니다. 니켈 / 금 막을 제거하는 절차는도 3에 도시되어있다.
- 니켈 / 금 필름을 제거하기 전에 접촉 어닐링 후 최소 24 시간을 기다립니다.
- 관심 영역에서 샘플의 조각을 쪼갠다. 샘플의 확인 크기는 관심의 영역을 건드리지 않고 핀셋 가장자리를 잡아하기 위해 충분하다.
- SEM 핀 스텁은 마운트 쉽게 이동하거나 반출 할 수 있도록 홀더에 장착 고정합니다.
- C의 조각을 배치마운트 표면에 onductive 탄소 테이프 평면. 카본 테이프 조각은 제거 될 필름의 면적보다 커야한다. 마운트 표면의 정확한 크기의 전도성 탄소 탭이 응용 프로그램에 대해 매우 잘 작동합니다. 천천히 조심스럽게 표면은 가능한 한 원활하도록 마운트 표면에 탄소 테이프 또는 탭을 적용합니다.
- 단단히 장착 표면에 부착 될 수 있도록, 손가락을 사용하여, 테이프의 역행을 제거하기 전에, 테이프에 하드 누른다. 테이프가 샘플 벗겨지지 않도록이 매우 중요합니다.
- 절단 샘플 조각을 조심스럽게 핀셋으로 처리하는 데 사용 된 샘플의 영역은 에지 (그림 3A)에 걸려되도록 직접 마운트의 가장자리를 따라 탄소 테이프에 관심 영역을 배치합니다. 시료 테이프 상에 배치 된 후, 니켈 / 금 막을 파괴하는 것을 방지하기 위해 재 위치를 제거하지 않는다.
- 아래로 단단히 눌러샘플의 확대에 겸자 (도 3b)를 이용하여. 이 샘플이 깨질 수 있기 때문에 산 주변의 샘플을 너무 열심히 눌러 않도록주의 가장자리.
- 기판을 제거하려면, 깨끗한 면도날 또는 메스을 부드럽게 샘플 (그림 3C)의 가장자리를 따라 기판과 테이프 사이에있는 슬쩍 찌르다. 정중 기판 쉽게 핀셋으로 잡아 의해 박리 될 때까지 조금 더 면도날 매번 이끌어,이 과정을 반복한다. 너무 많은 힘을 사용하여 샘플을 끊을 수있다. 기판에서 빠지지 테이프를 유지하기 위해, (그림 3C) 기판을 들어 올리 때 기판에 인접한 테이프의 영역에 포셉 한 쌍 또는 프로브를 배치합니다. 열처리 니켈 / 금 필름 테이프 (그림 3D)에 부착 된 상태로 유지해야합니다. 평균적으로,이 단계를 완료하는 데 약 1 분 소요됩니다.
- 이미지는 가능한 한 빨리 그렇게 주사 전자 현미경 (SEM)을 사용하여 새로 제거 니켈 / 금 필름이 오염되기 전에 해제는 필름의 새롭게 노출 된 인터페이스를 관찰한다.
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결과
카본 테이프를 이용하여 SiO2를 기판으로부터 제거 어닐링 니켈 / 금 박막의 SEM 분석의 일례가도 4에 도시된다. 사전 제거에 니켈 / 금 접점의 표면은 그림 (a)에 표시됩니다. 제거 후 특정 니켈 / 금 필름의 같은 지역의 밑면은 그림 (b)에 나타나있다. 둘 사이의 관계가있을 경우 표면 및 하부 형태의 비교는 결정할 수있다. 두 이미지를 비교할 때, 예를 들면, 그것은 (a)에서 흑점 (b)에서 어두운 특징과 일치하는 것을 알 수있다. 배율이 높을수록, 니켈 / 금 밑바닥 형태의 중요한 기능을 식별 할 수 있습니다. 밑면 형태의 다른 특징의 조성을 결정하기 위해 에너지 분산 분광기 (EDS)의 사용과 함께, SiO2로에 니켈 / 금 막의 일반적인 구조는 어닐링은 확인 될 수있다 후에. prope이었다 제거 니켈 / 금 필름RLY 준비는 그림 4C의 낮은 배율로...
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토론
제시된 기술은 접촉 / 기판과 단일 NW 장치의 접촉 / NW 미세 구조 분석을 할 수 있습니다. 이 기술의 주요 이점은 그것의 낮은 비용과 단순성이다. 이 기판과 대규모뿐만 아니라 개별 나노 와이어와 마이크로 미터 이하 규모의 접촉 인터페이스의 정성 및 정량 분석을 할 수 있습니다. 샘플 실장 용 필름 제거 및 SEM 핀 스텁 카본 테이프를 사용함으로써 분석 깨끗한 저압 환경을 필요로 특성화 기법을 사용하여 만들기 위해. 인터페이스 형태를 이미징 SEM을 사용하는 것 외에도, 다수의 다른 특성 기술은 EDS, x-선 광전자 분광법 (XPS), 오거 전자 분광법 (AES) 및 원자 힘 현미경 (AFM) 등을 사용할 수있다.
NW 분산 절차에 대한 하나의 가능한 변형은 특정 locati에 보여줍니다 이전의 분산에 기판에 패턴을 에칭하는 것각 연락처 패턴 NW 현탁액 더 정확한 배치 순서가 어디의에. 이 프로세스의 복잡도뿐만 아니라 잔류 오염 가능성을 증가 추가 처리 단계를 ...
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공개 사항
관심 없음 충돌 선언하지 않습니다.
감사의 글
저자는 볼더에있는 국립 표준 기술 연구소, 그들의 도움을 CO의 양자 전자 및 포토닉스 부문에서 개인을 인정하고 싶습니다.
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재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| REAGENTS and MATERIALS | |||
| >Lift-off resist | MicroChem | LOR 5A | 용도에 따라 다름 |
| Photoresist | Shipley | 1813 | 용도에 따라 다름 |
| 개발자 | Rohm and Haas Electronic Materials | MF CD-26 | 응용에 따라 다름 |
| Photoresist stripper | MicroChem | 나노 제거제 PG | 응용 프로그램에 따라 다름 |
| Ni source | International Advanced Materials | 99.999% 순도 | |
| Au source | International Advanced Materials | 99.999% 순도 | |
| SiO2/Si 웨이퍼 | Silicon Valley Microelectronics | 3-inch < 100> N/As 0.001-0.005 옴-cm, 200nm 열산화물 | |
| 탄소 테이프 | SPI 공급 | 5072, 8mm 너비 | |
| 용제는 표준 반도체 또는 연구 등급입니다. 공급업체는 실험 결과에 중요하지 않습니다. | |||
| 반응성 이온 에칭 가스 및 열 어닐링 가스는 고순도 등급입니다. 공급업체는 실험 결과에 중요하지 않습니다. | |||
| EQUIPMENT | |||
| 초음파 세척기 | Cole-Palmer | EW-08849-00 | 저전력 |
| 마이크로피펫 | Rainin | PR-200 | 계량식, 폐기 팁 |
| 반응성 이온 에칭기 | SemiGroup | RIE 1000 TP | 다른 공정 매개변수와 함께 사용되는 기타 공급업체 |
| 마스크 aligner | Karl Suss | MJB3 | 다른 공정 매개변수와 함께 사용되는 다른 공급업체 |
| UV 오존 세척기 | Jelight | Model 42 | 다른 공정 매개변수와 함께 사용되는 다른 공급업체, |
| E-beam 증발기 | , CVC | SC-6000 | 다른 공정 매개변수와 함께 사용되는 다른 공급업체 |
| * 제조업체 및 제품 이름은 완전성을 위해서만 제공됩니다. 이러한 구체적인 인용은 NIST가 해당 제품을 보증하는 것으로 간주되지 않으며 다른 회사의 유사한 제품이 덜 적합하다는 것을 암시하지도 않습니다. | |||
참고문헌
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