Главная Промышленная автоматика.

низкой и объемная концентрация хрома по меньшей мере умеренно высокой

Другим следствием явления перераспределения хрома является относительная нечувствительность результатов имплантации к объемному содержанию хрома в отобранных подложках. Как отмечалось ранее, ожидается частичная компенсация имплантированных доноров в подложках, в которых содержание хрома существенно превышает концентрацию остаточных доноров. Наблюдаемая экспериментально воспроизводимость характеристик имплантации пе согласуется с возможными колебаниями концентрации хрома по объему, которые будут наблюдаться в различных отобранных слитках или среди подложек, взятых из разных мест одного и того же отобранного слитка. Это противоречие может бьпь разрешено, если заметить, что концентрация хрома в области имплантавди воспроизводимо снижается до низких уровней в процессе отжига.

Что служит движущей силой, приводящей к диффузии хрома, еще не вполне ясно. Предполагается, что важной причиной является низкая растворимость хрома в GaAs при температуре отжига. Другие воз.можпые эффекты включают в себя геттерирование из-за несоответствия решетки у границы раздела маска - GaAs или химические реакции в этой области.

Предполагается наличие вклада ряда другах эффектов в и-конвсрсию поверхности во время отжига с покрытием. По-видимому, в зависимости от технологии отжига один или несколько из этих эффектов дают вклад в избыточную концентрацию доноров. Такими эффектами могут быть; диффузия в подложку примесей, находящихся на поверхности подложки перед нанесением маски (из-за сложности получения чистых поверхностей GaAs), диффузия кремния в объем из маски SINa иш SlOj [21] и диффузия в объем вакансий Ga или As [22]. Вакансии могут давать непосредственный эффект легирования ют же они могут влиять на легирование путем комп-лексообразования с донорами и акцепторами, которью уже присутствуют в материале.

Изменения в концентрациях вакансий могут приводить к изменению положения в решетке примесей кремния и углерода, что изменяет их электрическую активность от донорного к акцепторному типу (или наоборот) [22]. Хотя некоторые из этих эффектов, по-видимому, одинаково присущи как отобранным, так и неотобранным подложкам, эффект легирования зависит, вероятно, от степени компенсации различных слитков. Кроме тою, могут протекать разлитые реакции дефектов в соответствии с природой и концентрациями комплексных соединетшй, присутствующих в исходном материале.

Природа слоев р-типа, образующихся на поверхности полуизолирующего GaAs в процессах отжига в среде Нг (без маски), исс.!едовалась методом фотолпоминесценции, методом явлений переноса в зависимости от температуры и методом МСВИ [14]. Было обнаружено, что на поверхности происходит накопление Мп. Установлено, что энергия ионизаоди акцепторов марганца (примерно 0,1 эВ) согласуется с температурной зависимостью сопротивления р-слоя. Причина накопления марганца не вполне ясна. Среди воз-



можных источников можно назвать примеси из потока водорода, который обычно пропускается через палладиевые фильтры, миграцию из объема подложки. Была проделана большая работа по получению подложек для ионной имплантации слоев различными методами, чтобы преодолеть трудности, наблюдаемые при использовании выращенных из лодочки легированных подложек. В последние несколько лет стало возможным получение очень чистых эпитаксиальных буферных слоев (с концентрацией остаточных доноров менее Ю"" см"). В недавних работах полуизолирующие слои успешно получены введением хрома в процессе выращивания слоев методами ЭЖФ и ЭПФ. Предварительные результаты показьшают, что можно воспроизводимо получить подложки, в которых отсутствуют проблемы котшерсии поверхности [23]. Другим очень обещающим направлением исследований является выращивание слитков из расплава методом Чохральского с обволакиванием расплава инертной жидкостью [24]. При использовании тиглей из пиролитического нитрида бора могут быть получены нелегированные слитки с высоким сопротивлением (р> 10* Ом/П).

Недавно сообщалось об очень хороших результатах использования полученных методов обволакивания расплава инертной жидкостью нелегированных или легированных полуизолируюпщх подложек для ИИ [25, 26].

4.3. ЗАЩИТА И ОТЖИГ

Отжиг имплантированного GaAs необходим для устранения радиационных нарушений и активации примесей, введенных ионной имплантацией. Для малых доз, используемых при изготовлении ПТШ, типичный цикл отжига происходит при температурах 800-900° С для получения максимальных концентраций носителей. Арсенид галлия, однако, при температурах выше 600° С диссоциирует. Поэтому для предотвращения разложения и для сдерживания диффузии из подложки имплантированных примесей поверхность полупроводника должна быть защищена защитным слоем или специальной средой.

Плохое качество защитного покрытия или неподходящая среда могут приводить к ряду нежелательных эффектов. Неподходящие способы отжига могут вызывать необычно низкую или высокую активацию имплантированных слоев, появление утопленных высокоомных слоев и дефекты высокого уровня. Поскольку материал напыленной тонкой защитной хшенки испытывает внутреннее напряжение из-за отличающегося коэффициента расширения, необходимо дополнительно рассматривать возможности деформации подложки. Если при проведении имплантации защитный слой уже имеется, бомбардировка подложки также может быть фактором, влияющим на число дефектов.

Исследовались возможности применения в качестве защитных покрытий при имплантации GaAs различных видов тонких пленок. Достоинства того или иного типа защитного слоя определяются не только материалом, но и способом и условиями его получения, а также типом имплантируемых примесей. Для примесей и-типа с различным успехом использовались пироли-70



/ \ .Расчет для Е = 100кэВ / и дозы 9 10 " ион/с»!


0.2 0J 0 0,5 Г/1 у дина, мкм

Рис, 4,2. Профили концентрации электронов, полученные из измерений C-U характеристик барьера Шотки для образцов полуиолирую-щего GaAs, имплантированных ионами серы при 350° С, £ = 100 кэВ, доза 9 »10" ион/см и отожженных при 850° С в течение 30 мин с различными видами защитных масок

тический Si3N4 [28], напыленный Si3N4 [29], Si02 [30], напыленный А1 [31], распыленный A!N [32] и двухслойные системы: ЗЮг, легированный As, и Si3N4 [33].

Условия получения покрытия для защиты поверхности GaAs во время отжига могут заметно влиять на профиль легирования и активацию имплантированных примесей, как это показано на рис. 4.2 для случая легирования малой дозой S [34]. Маска из ЗЮг в этом случае дает менее глубокий профиль легирования и более высокую концентрацию электронов, чем маска из S13N4 или A1N. Предполагается, что эти различия связаны с диффузией S"*" к поверхности или в маску.

Самым первым материалом, который использовался в качестве защитной маски при отжиге имплантированных слоев, был SiO [35]. Однако сквозь этот слой может происходить диффузия галлия [36]. Облегчить рещение этой проблемы, а также задержать диффузию As"*" наружу и диффузию кислорода в объем подложки может 51зЫ4 при условии, что содержание кислорода в нем низкое. Для GaAs, покрытого 81зК4, наблюдались также меньшие плотности ловушек [39]. Все это приводит к заключению о том, что 81зЫ4 является подходящим материалом для защиты. Для защиты от механических повреждений на тонкую пленку S13N4 часто осаждают слой SiOi, имеюидий очень хорошую адгезию после циклов отжига при 850°С в течение 30 мин.

Наличие маски и температура подложки во время процесса имплантации могут сильно влиять на результирующий профиль распределения примеси. Имплантация сквозь SisN4, как было показано, увеличивает суммарную концентрацию глубоких уровней в GaAs [40] по сравнению с концентрацией при легировании в открытую поверхность. При имплантации сквозь тонкие слои 51зЫ4 малые токи пучка и умеренные температуры образца приводят к уменьшению концентрации дефектов и к профилю, более близкому к нормальному [41]. Температура подложки имеет особенно большое значение дл>. больишх доз имплантации, когда нагрев подложки может предотвратить образование аморфного слоя и обеспечить получение более высоких уровней легирования. На рис. 4.3 показаны профили концентрации носителей для 5+, имплантированных при 350° С и при комнатной температуре. При более высоких дозах для этих двух температур имплантации на-





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

0.0037