Главная Промышленная автоматика.

ГЛАВА 4 ИМПЛАНТАЦИЯ В GaAs

Ф. Эйзен, К. Керкпатрик, П. Асбек

4.1. ВВЕДЕНИЕ

Ионная имплантация (ИИ) использовалась для изготовления GaAs ПТШ в нескольких лабораториях [1-4] и широко применяется для изготовления GaAs интегральных микросхем [5]. Это объясняется тем, что одной из особенностей метода ИИ является возможность управления толщиной и уровнем легирования имплантируемых слоев изменения энергии и дозы внедряемых ионов. Воспроизводимость и однородность легирования, которые достигаются при ИИ, важны для получения хорошего выхода годных дискретных приборов и особенно для обеспечения приемлемого выхода годных ИС. Высокие требования к однородности слоев при изготовлении ИС привели к широкому использованию ИИ в разработках GaAs ИС. Кроме того, при локальной имплантации в полуизолирующий GaAs возможно изготовление планарных ИС Это должно привести к более высокому вььходу годных ИС, чем при использовании мезатравления

Более подробные сведения по разработке ПТШ на эгппаксиальных структурах, полученных методом МЛЭ, приведены в работах [37 - 43], а о технологии МЛЭ в [44 -46]

Фирма Rockwell, шт Калифорния, США.



Для активных областей GaAs ГПШ требуется получение слоев и-типа толщиной в несколько сотен нанометров и с концентрацией > Юсм". Точные значения зависят от диапазона рабочих частот прибора и от вида ПТШ - мало-щумящих или мощных. При соответствующем выборе внедряемых ионов и условий имплантации можно легко получать слои толщшой 100- 500 нм на установках с максимальной энергией в 400 кэВ. Имплантация примесей и-типа в GaAs ПТШ и ИС может использоваться наряду с получением активного слоя ПТШ и для других пелей. Фирмой Rockwell при изготовлении логических ИС на диодах Шотки и ПТШ вторая имплантация используется для создания активных областей переключательных диодов с барьером Шотки [5]. На этом втором этапе получают концентрацию электронов около 8- 10* см~ на глубине до 4000 нм. Ко!!такты стока и клока могут быть сформированы методом ИИ. При этом повышается их удельная проводимость, улу1Ш1аются основные характеристики ПТШ по сравнению с приборами, получаемыми другими методами. Это особенно важно для мощных ПТШ, в которых более высокий уровень легирования контактов ведет к увеличению напряжения пробоя приборов. В этом разделе будет рассмотрено использование ионного легирования примесями и-типа в отмеченных случаях. Имплантация примесей р-гипа использовалась для изготовления ПТШ с р-и-переходо.м для применения в ИС [6]. Однако такое иснользование ИИ для изготовления полевых транзисторов и интсгр;1.тьных схем встречается намного реже, поэтому в настоящем разделе будет рассматриваться получение слоев только и-типа.

В большинстве случаев и.мплантаттия ионов проводится в полуизолнрую-щий GaAs. Это может быть или полуизолирующий буферный слои, выращенный на полуизолирующей подложке, которая обычно легировг.нс! хромом, или же непосредственно материал са.мой нотуизолируюшей иодюжки. Наиболее экономичным процессом яв;тяется имплакта1щя в полуиз-.» 1ирую-щие подложки. Чтобы при ИИ получать воспроизводнмьк профя.чи легирования, необходимо тщательно отбирать материал подложек Способы, которые использовались для этого отбора, обсуждаются в разд 4.2 В г.т. 4 включено также рассмотрение свойств подложек и некоирыч шпенин, которые наблюдаются при температурных испьгганиях.

Для активизации имплантированных в GaAs примессп /г-гина ироьодит-ся отжиг. Температура отжига должна бьгть достаточщ; зысокои и такой, что при этом уже может происходить диссоциация GaAs. Иссл.довались различные способы хгредогвращсния этой диссоци1Ции. Наиоолсо pacujio-страненный способ включает в себя герметизацию имплаиткроваичого материала диэ1гектрическим слоем таким как SijNd или S1O2. РчсЧ-матриваст-ся применение других диэ.лектрических .материалов и раэ.тичкьг спосооов отжига без защитных масок. В иехсторых лаборат<)рик>. при нзьчгмм-,,01ши приборов прибегают к аналогичным способам отжига, ггри котирых имплантированные поверхности двух подложек Ilaxoдiп•cя б нелисредствечном контакте [3, 7]. В разд. 4.3 обсуждаются результаты, полученные П1)И (личных способах отжига.

Примесями и-тииа, которые нрепсгавляют паиЬитччыи иинрс!., яв,.,юг-



ся кремний, сера, селен и теллур. Первые три типа примесей могут использоваться при решении большинства задач получения «-слоев GaAs. Легирование теллуром дает результаты, сходные с получаемыми при легировании селеном, однако в последнем случае для получения тех же толщин требуются меньшие энергии. Преимуществом использования кремния является получение заметно более высоких уровней легирования, таких же, как и при применении селена (при тех же энергиях). Кроме того, при имплантации кремния можно получать обратные профили легирования, особенно при создании мощных ПТШ. Глубина имплантации ионов серы при данной энергии почти такая же, как у кремния. Сера в некоторых случаях проявляет интенсивную диффузию во время отжига. Уровень диффузии, как установлено, зависит от типа защитного покрытия, используемого во время отжига. Эти диффузионные эффекты воспроизводимы и могут использоваться сознательно в тех случаях, когда необходимо получить легированные слои большой толщины. Подробный обзор результатов, получаемых как при больших, так и при малых дозах имплантации ионами кремния, серы и селена, представлен в разд. 4.4.

В последнем разделе главы обсуждаются некоторые способы применения ИИ для изготовления GaAs ПТШ и ИС. Рассматриваются различные способы легирования при изготовлении приборов, при этом отмечается однородность и воспроизводимость результатов при имплантации. Приводятся рабочие параметры некоторых ПТШ и ИС, изготовленных с помощью ИИ.

4.2. ЯВЛЕНИЯ В ПОДЛОЖКАХ

Технология выращивания GaAs развита хуже и является более сложным процессом, чем получение кремния, и в результате обычно доступные подложки GaAs в общем случае получаются менее чистыми и воспроизводимыми, чем подложки из кремния. Если не прибегать к соответствующему отбору, невоспроизводимость подложек может приводить к большим колебаниям характеристик имплантированных слоев. Это в наибольшей мере проявляется при малых дозах имднантации доноров (1 - 3 • 10 см"), осуществляемой обычно для получения канала ПТШ. К настоящему времени большинство экспериментальных данных получено для промышленно выпускаемых полуизолирующих подложек, легированных хромом. Они выращиваются обычно горизонтальным методом Бриджмена шш методом, позволяющим выращивать слитки GaAs массой до 11 кг. В большинстве случаев слитки, полученные без легирования, имеют проводимость «-типа с концентрацией электронов 10 - .5 • Ю** см~. Остаточное легирование этих слигков приписывается наличию кремния, который может попадать в расплав при разложении кварца из аппаратуры для выращивания [8. Высокоомные (р>10 Ом-см) слитки получают добавлением хрома в расплав в концентрациях 2 • 10 -2 • 10" см". Хром действует как глубокий акцептор в GaAs и компенсирует остаточные доноры [9]. Часто в камеру выращивания добавляется кислород, он частично сдерживает разложение кварца [10] и может включаться в растущий кристалл как глубокий акцептор или

3 - 6517





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

0.0043