Главная Промышленная автоматика.

ются одним из наиболее важных приборов для устройств связи и вычислительной техники. Хотя молекулярно-лучевая эпитаксия уже использовалась для совершенствования и других СВЧ приборов, например СВЧ смесителей [1, 2] и варакторов [3-5], в этом разделе рассматривается только значение МЛЭ как метода для изготовления и дальнейшего совершенствования полевых транзисторов.

3.1. ПОЛУЧЕНИЕ АКТИВНОГО СЛОЯ

Методы получения активных GaAs слоев, необходимых для изготовления ПТШ, можно разделить на две основные группы. Методы первой из них основаны на изменении электрических свойств поверхностных областей полуизолирующих подложек путем диффузии или ионной имплантации, методы второй - на выращивании легированных эпитаксиальных слоев на полуизолирующих подложках. Известно, что диффузия примесей в соединениях A[[jBy проходит неконтролируемым образом вследствие отклонений в стехиометрии, плотности дефектов, концентрации компенсирующих акцепторов и т.д. (в промыпшенно вьшускаемых полуизолирующих подложках). Даже если бы была возможна управляемая диффузия, диффузионный механизм продвижения края результирующих профилей все равно приводил бы еще к непредсказуемым характеристикам напряжения отсечки затвора.

Ионная имплантация достигла впечатляющих успехов в последние несколько нет. Однако из-за разброса качества подложек для ИИ необходимо получение дорогостоящих высококачественных исходных слитков или использование неэффективных способов отбора подложек. Имеются сообщения о быстром ионном легировании подложек большой площади и получении высокой эффективности активации и хорошей подвижности основных носителей [6]. Однако диффузия профилей легирования и необходимость в дальнейшей обработке пластин нанесением защитного покрытия, отжигом и т.д., а также плохая воспроизводимость процесса имплантации делают заманчивой альтернативой использование технологии МЛЭ.

3.2. МЕТОДЫ ЭПИТАКСИИ

Исторически доказано, что эпитаксиальные методы являются наиболее надежными для получения активных слоев с зада1шыми уровнями легирования и толщинами. Эпитаксия из жидкой фазы (ЭЖФ) позволяет воспроизводимо получать высококачественные эпитаксиальные слои. Однако она характеризуется низкой производительностью, недостаточной морфологией и во многих случаях при ее осуществлении затруднен контроль толщины пленок. В конечном счете использование ЭЖФ может ограничиваться недостаточной гибкостью в создании требуемых профилей носителей заряда и осуществлении многослойного роста.

Химическая эпитаксия из паровой фазы наиболее широко используется для изготовления GaAs ПТШ [8]. Возможность применения подложек большой площади и получения относительно сложных профилей легирования при относительно низкой стоимости оборудования обеспечивают то, что этот ме-



тод и в ближайшем будущем будет оставаться основным при получении слоев для GaAs приборов.

У метода имеются и некоторые ограничения (по однородности, контролю уровня легирования, получению гетеропереходных буферных слоев, омических контактов), которые в конечном итоге могут привести к его замене на МЛЭ или на осаждение из паровой фазы металлоорганических соединений. Последний метод восполняет недостатки хлоридного метода для выращивания буферного слоя из (А1, Ga)As и вследствие более низких температур эпитаксии (примерно 600°С) уменьшает проблему диффузии дефектов и примесей из подложки.

Отмеченные достоинства характерны и для МЛЭ, и это может привести к замене других методов эпитаксии методом МЛЭ при изготовлении приборов многих типов.

В табл. 3.1 дан сравнительный анализ особенностей различных методов получения активных слоев.

Таблица 3.1. Сравнительные характеристики различных методов эпитаксии, используемых для изготовления полевых травзисторов

Характеристики

Денежные затраты, тыс. долл.

Длительность технологического цикла запуска оборудования, мес

Длительность технологического цикла изготовления пластины, ч

Однородность: слоя

толщины

Воспроизводимость концентрации и толщины

Контроль профиля

Подвижность в слабом поле

Концентрация примесей с обратной стороны, см"

Концентрация ловушек (электроны)

Концентрация ловушек (дырки)

Диффузия примесей из подложки

.-i6

Имплантация

5 мин

Огл Отл.

Хор. Плохой Удов л.

-10"

-10"-

ЭПФ (хлорид-ная)

Отл. Плохая

Хор. Плохой Отл.

-10"

-10 -10 Слабая

Удовл. Хор.

Отл. Хор. Отл.

-10"

- 10"

~ 10

Очень слабая

(мое)

Удовл Хор.

Удовл. Хор. Хор.

-10"

-10-

Сильная

Хор Хор.

Отл. Отл Хор.

- 10

-10"

Сильная



Окончание табл. 3.1

Характеристики

Имплантация

ЭПФ (хлорид-ная)

ЭПФ (МОС)

Контроль толщины

100 нм

100 нм

1 % от 1 ол-щины

Селективная эпитаксия

Буфер на i етеропереходах

Контакты гетероперехода

п"*-конгакты

Металлизация

3.3. ФОРМИРОВАНИЕ ПРОФИЛЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ОСНОВНЫХ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА

Для оптимизации ПТШ требуется реализовать довольно сложный профиль распределения свободных доноров но толщине (рис. 3.1).

Во-первых, для снижения омических сопротивлений контактов истока и стока у поверхности структуры должен быть создан слой с высоким уровнем лешрования (слой а на рис. 3.1) . Этот и другие способы улучшения качества омических контактов будут рассмотрены далее

Во-вгорых, должны быть сведены к минимуму паразитные носледова1ельныс сопротивления контактов исток-канал и сток-канал.

Это может быть достигнуто увеличением уровня легирования под областью омических контактов (слой б на рис. 3.1) или с помощью способа "обратного выращивания" [П], в котором область канала формируется путем литографии и вытpaвjшвaния. В этом случае «-области могут выращиваться по всей площади пластины, а затем вскрываются участки для металлизации затвора. Альтернативой является селективная ионная им1шантация в области контактов истока и стока эпитаксиального активного слоя с целью получения более планарной структуры прибора.

ПапуизолирующаЯ подложка

)

1 1 1

Расстояние от подерхности, мкм


Сток (металлический контакт! д

Затвор [металл)

) п*-контактный слой

-0.2~-

контакт)

,gl5 iijIS igl7 ,дк

Концег1шрация носителей, см

Рис. 3.1. Примерный профиль концентрации электронов (слева) и поперечное сечение области исток - затвор - сток (справа) для линейною молотого ПТШ





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 [17] 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165

0.0038