Главная Промышленная автоматика.

Рис.4.6. Распределение концентрации л и подвиж- /7, см ности м электронов по толщине слоя. Приведены профили для четырех образцов, имплантированных при Е = 300 кэВ через незащищенный слой Sis N4 четырьмя различными дозами, но отожженных при одной и той же температуре 850° С в течение 30 мин в атмосфере водорода

10"-

I-I-I-I-\-I-I-г д N=5,1-10 См-2


JJ,CMf(B с] 6 10

5 70

т-1-1-г

"т-I-г


0,7 О,if 0,6 0,i Глубина, мкм

лись несколько меньшие пиковые уровни легирования, чем показано на рис. 4.5 [32].

Измеренные концентрационные профили носителей для образцов, легированных ионами серы при 400 кзВ дозой I-IO**, показаны на рис. 4.3. Уровень активации образцов, имплантированных при 350°С, был намного выше, чем у образцов, имплантированных при комнатной температуре.

Слой и-типа в образце, полученный имплантированием при 350°С, распространяется на глубину более 1 мкм, что свидетельствует об интенсивности диффузии, о которой упоминалось ранее для случая имплантации серы. В результате этой диффузии максимальная концентрация электронов оказывается намного ниже, чем показано на рис. 4.5 для образцов, имплантированных селеном. В отличие от результатов по имплантации селена и серы, которые обсуждались выше, наблюдалась хорошая активация кремния, имплантированного большой дозой при комнатной температуре. Профили концентрации электронов и подвижности для нескольких различных доз имплантации показаны на рис. 4.6 [51]. Получена максимальная концентрация электронов в диапазоне (1-2) -Ю* см~. Это представляет большой практический интерес, так как изготовление ПТШ и ИС упрощается, если имплантация может выполняться при комнатной температуре.

Более высокие концентрации электронов, чем те, о которых сообщалось выше, были получены применением двукратного легирования, лазерного или электронного отжига имплантированных образцов. Имплантация элементов VI группы < оздает недостаток галлия в GaAs, если полагать, что эти примеси после от.ьИга располагаются в узлах мышьяка. Предполагается, что имплантация галлия должна компенсировать эту нехватку и сделать возможным достижение более высоких концентраций электронов, чем могут быть получены при имплантации одного селена [52]. Недавно было сообщено о получении таких высоких концентраций электронов, как 2Х У10 см~, в образцах, в которые были имплантированы селен и галлий и



которые отжигались при 950°С [53]. Концентрация электронов 2 • Ю см" наблюдалась также в образцах, которые отжигались при 950° С [53] и в образцах, которые отжигались с использованием импульсного лазерного или импульсного электронного пучка [54-56]. Однако такой отжиг образцов, в которью имплантировались малые дозы (3-10 ион/см-) для активных слоев ПТШ, не приводил к успеху.

Свойства кремния, серы и селена (как примесей и-типа) при имплантации можно обобщить следующим образом. Для доз, составляющих единицы 10 ион/см, необходимых для активных слоев ПТШ, и селен и кремний дают хорошую активацию и проявляют лишь ограниченную диффузию во время отжига после имплантации. Сера проявляет низкую видимую активацию и интенсивную диффузию как при низких, так и при высоких дозах.

Кремний, вероятно, является наилучшей примесью для достижения высоких концентравдй носителей в приборах, так как для доспгжения хорошей активации имплантированного кремния не требуется проводить имплантацию при повышенных температурах.

Специальные способы, такие как двойное легирование, лазерный или электронный отжиг, необходимы для получения концентрации свыше (3--4) 10 см".

4.5. ПРИМЕНЕНИЕ ИОННОЙ ИМПЛАНТАЦИИ

Использование технологии ионной имплантации при изготовлении ПТШ дает ряд преимуществ по сравнению с использованием зпитаксиальной технологии. Ионная имплантация в полуизолирующие подложки обеспечивает возможность развития новых направлений изготовления приборов, которые были недоступны ранее для эпитаксиальной технологии. Наряду с гибкостью имплантация обеспечивает однородность, воспроизводимость и меньшую стоимость. Метод не связан с ограничениями, присущими традиционным способам изготовления, которые могут огранитавать предельную плотность и процент выхода годных приборов с малой геометрией. Используя многократную имплантацию в изолированные области полуизолирующей подложки, можно оптимизировать отдельные схемные элементы способом, который недоступен при эпитаксиальной технологии.

Наибольший интерес для применения при изготовлении ПТШ представляют примеси п-типа, такие как сера, кремний, селен и теллур. Первые три элемента наиболее часто используются при изготовлении приборов. Хотя имплантация теллура дает характеристики, аналогичные характеристикам при имплантации серы, глубина проникновения его так мала, что необходимы высокие энергии для имплантации на требуемые глубины. Это показано в табл. 4.1, в которой для нескольких уровней энергий приведены диапазон глубин и разброс для четырех основных типов примесей и-типа по данным расчета с использованием статистических методов [48].

Действительные глубины профилей имплантированных примесей в образцах могут быть больше вследствие диффузии, которая является ощутимой для серы. 76



а б л и ц а 4.1. Расчетные глубины легирования (0,.) и их отклонение ((де, i для основных примесей «-типа, используемых в ионио-легированных ПТШ

(лег. мкм

лег-

£=300 кэВ

£=360 кэВ

£•=400 кэВ

£=300 кэВ

£•=360 кэВ

£"=400 кэВ

Сера

0,2292

0,2758

0,3067

0,0899

0,1021

0,1096

Кремний

0,2632

0,3160

0,3507

0,1003

0,1131

0,1210

Селен

0,1028

0,1233

0,1371

0,0438

0,0510

0,0557

Теллур

0,0707

0,0833

0,0917

0,0287

0,0333

0,0364

Возможность легирования методом имплантации особенно важна для применения технологии изготовления ПТШ. Обычно такие приборы содержат область канала «-типа толщиной около 200 нм (легированную до уровня 10" см"), сформированную на полуизолирующей подложке. Для получения этих слоев с успехом использовалась имплантация серы [2, 5, 61], кремния [3, 62, 63] и селена [1, 64 ~ 66]. В значительной части этих работ имплантация использовалась для получения «-слоев на всей поверхности полуизолирующей подложки. Изоляция при этом обычно осуществляется путем мезатравления. Конечно, изоляция может быть получена и селективной имплантацией в тщательно отобранные полуизолирующие подложки [66]. Меньшее удельное сопротивление в областях контактов истока и стока было также получено имплантацией [66, 67]. Это может приводить к улучшению характеристик малошумящих и мощных ПТШ.

Так, параметры GaAs ПТШ в сильной степени зависят от толщины и уровня легирования «-слоя. Достоинства метода имплантации по однородности и воспроизводимости весьма важны для изготовления приборов с идентичными параметрами. Высокая воспроизводимость, которая может быть получена методом ИИ, иллюстрируется рис. 4.7: малый разброс 5-параметров шести ПТШ (по два прибора из трех различных пластин, выбранных произвольно) . Эта однородность иллюстрируется также гистограммами напряжения отсечки 4иотс ПТШ (рис. 4.8), полученных методом ионной имплантации и характеризуемых таким же шумом и усилением, как и приборы, полученные методом эпитаксии [60]. *„ед<> Кроме того, для имплантированных приборов наблюдался меньший дрейф указанных параметров со временем [60]. Эти данные свидетельствуют о потенциальных преимуществах метода ИИ по увеличению процента выхода годных и однородности приборов.

Рис. 4.7. Параметры рассеяния ПТШ, изготовленных на трех подложках, легированных ионами селена иа частоте 10 ГГц. На каждой из подложек произвольным образом выбрано по два прибора 18]






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