Главная Промышленная автоматика.

в виде комплексных соединений. Отклонения в стехиометрии в различных слитках также возможны из-за колебаний соотношения Ga: As в расплаве, используемом для выращивания. Механизмы компенсации и баланса зарядов в типичных слитках не являются простыми. При действии указанных механизмов появляются по крайней мере один ряд глубоких доноров и один ряд глубоких акцепторов [И, 12]. Точная связь между различными параметрами процесса роста и концентрациями примесей и характеристиками полуизолирующих GaAs подложек еще не до конца понята и является объектом исследований.

Одной из трудностей, которые возникают при использовании плохих GaAs подложек, является образование проводящих поверхностных слоев после высокотемпературного отжига подложек (полуизолирующих вначале) для активации имплантированных примесей и устранения нарушений структуры после имплантации [13, 14]. Такая "конверсия поверхности" особенно нежелательна при изготовлении ИС, которые с целью обеспечения изоляции между отдельными элементами изготавливаются на подложках полуизолирующего типа. Характеристики проводящего слоя, как было установлено, зависят от способа отжига. Когда отжиг проводится в вакууме или в среде водорода без применения защитной маски, конвертированный слой обычно становится слоем р-типа [14]. С другой стороны, если конверсия поверхности происходит при использовании защитной маски SisN4, получаются слои п-типа. В обоих случаях пиковая концентрация носителей обычно составляет менее 10 см", а толщина - менее нескольких микрометров. Было обнаружено, что слитки GaAs, которые устойчивы к образованию слоев р-типа при отжиге в водороде, не обязательно устойчивы к конверсии проводимости при отжиге с защитной маской. Наблюдается и обратное, так что требования к подложкам для процессов, включающих термообработку без маски (например, эпитаксиальный рост) и с маской (ионное легирование), являются в общем равными.

При подложках плохого качества наблюдается разброс в концентрации и эффективных толщинах имплантированных слоев. При обычной имплантации доноров, когда осуществляется отжиг с маской S13N4, и неотобранных подложках наблюдается более чем 100%-ная кажущаяся активация имплантированных примесей. Наряду с этим образуется протяженный "хвост" соответствующего профиля распределения концентрации примесей (который может распространяться в подложку на глубину до 1 мкм). Искажение профиля концентрации носителей особенно нежелательно для каналов ПТШ, в которых требуется контролировать напряжение отсечки [/3 .j,, так как вклад ложных доноров в (7з„ становится более весомым при больших глубинах. Имеются существенные основания полагать, что появление "глубокого хвоста" в сильной степени связано с конверсией поверхности п-типа в неимп-лантированных образцах. Действительно, эффекты эти примерно аддитивны: профиль концентрации электронов в материале, поверхность которого конвертируется и который был имплантирован донорами, обусловлен независимыми вкладами имплантированных примесей и ложных доноров [13, 15, 16]. Наблюдалась корреляция между эффектом конверсии поверхности п-66



1ипа и местом GaAs подложки в исходном слитке: в начальной части слитка конверсия наблюдается чаще, чем в его конце. Эта корреляция, возможно, связана с концентрацией хрома в слитке, которая обычно возрастает от начала к концу слитка вследствие очень низкого коэффициента диффузии чрома (6 - 8-10") при температуре роста [17]. Однородность свойств материала по данной подложке (в поперечном сечении слитка) хорошая.

Имеются также публикации, в которых указывается на очень низкую (меньше 50%) степень активации при малой дозе имплантации доноров для GaAs подложек. Как и в случае конверсии проводимости, результат имплантации для данного слитка зависит от способа отжига. Особенно впечатляющий пример приводится в [13], где говорится, что активация имплан-1ированных доноров зависит от скорости осаждения пиролитического S13N4, используемого в качестве маски.

Чтобы обеспечить точное получение заданных характеристик имплантированных слоев, применяются соответствующие способы отбора материала (iaAs подложек. В этих способах отбора обычно подложки из начала и конца используемого слитка подвергают различным испытаниям: а) имплантации доноров дозой с последующим отжигом (с защитной маской) и измерению профиля имплантации; б) отжигу подложки без имплантации, проверке конверсии поверхности и имплантации ионов инертного газа (такого, как криптон) с последующим отжигом и проверкой конверсии поверхности. 15 последнем способе испытаний решетка нарушается примерно в такой же степени, как и при имплантации селена. При этом можно точно определить 1юбое изменение проводимости поверхности, вызванное нарушениями структуры [1]. Исследования показали, что хорошо воспроизводимые ре-[ультаты при имплантации могут быть получены при использовании под-чожек, прошедших этот отбор.

Механизмы, ответственные за изменения характеристик имплантированных слоев для различных подложек, полностью еще не поняты. Следует рассматривать ряд возможных эффектов: 1) компенсация части имилантиро-нанных доноров ожидается прежде всего из-за того, что число глубоких .1Кцепторов (хром), введенных в материал, обычно превышает число оста-i очных доноров; 2) во время отжига могут появляться дополнительные доноры, и поскольку конверсия типа проводимости является чаще исключи- ельно поверхностным явлением, а не объемным, то эти доноры должны нводиться в результате процессов, связанных с поверхностью; 3) акцепторы, уже имеющиеся в материале, могут быть удалены, что приводит к избытку доноров; 4) атомарный профиль или электрическая активация имплан-шрованных доноров могут зависеть от характеристики подложки из-за действия таких механизмов, как диффузионное обогащение вследствие иестехиометрии или образования комплексных соединений.

Последние исследования поведения хрома в GaAs, по-видимому, позволяют объяснить различные явления, происходящие в подложке [15, 16, 18-0]. Исследования, проведенные методом масс-спектрометрии на вторичных ионах (МСВИ), показали, что когда легированные хромом подложки GaAs покрываются защитной маской и отжигаются при температурах, обычно ис-




Л Ci a a-

Глубина, мкм

Рис. 4.1. Получение методом МСВИ распределения Сг в подложках с защитным покрытием из SijN,. Экспериментальные данные совпадают с кривыми функции ошибок, соответствующих коэффициенту диффузии Z)= 8,7 • 10" см/с

пользуемых в процессах имплантации, происходит перераспределение Сг. На рис. 4.1 показаны профили распределения хрома в ряде образцов, защищенных пленками Si3N4, полученных реактивным распылением и отожженных при 850°С. На расстоянии в несколько микрометров концентрация хрома уменьшается. Кроме того, сильное накопление хрома наблюдается в области 50- 100 нм у границы раздела SisN4 - GaAs (в масштабе рис. 4.1 не видно). Профили распределения хрома находятся в хорошем соответствии с кривой функции ошибок, характеризующей диффузию с коэффициентом диффузии /)=к10" см/с, не зависящим от концентрации. Общие характеристики профилей и значение /), как было обнаружено, идентичны как в отобранных, так и в неотобранных подложках, и не изменялись после им-шхантации ионов Se или Кг при малых дозах [15].

Как отмечалось ранее, ожидаемым следствием уменьшения концентрации акцепторов хрома у поверхности GaAs является образование области с избыточной концентрацией доноров. Это подтверждается детальным сравнением профилей распределения хрома и профилей концентрации носителей в образцах, в которых проявляется конверсия поверхности «-типа, и в имплантированных образцах, в которых проявляется избыточная активация. По этой модели избыточная концентрация доноров, наблюдаемая у поверхности, непосредственно связана с концентрацией остаточных доноров в подложке, в то вре.мя как толщина области и-типа является функцией объемной концентрации хрома и его диффузионной дайны во время отжига. Д.ля toi о чтобы после отжига подложки сохраняли высокое поверхностное сопротивление, область недокомпенсации у поверхности должна быть достаточно тонкой и полностью обедненной вследствие фиксации уровня Ферми у поверхности образца и в объеме. Этот критерий можно свести к требованию, согласно которому котщеитрация остаточных доноров должна быть 6Х





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

0.0036