Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЛАНАРНЫХ p+- n -ПЕРЕХОДОВ НА КРИСТАЛЛАХ INAS n-ТИПА ПРОВОДИМОСТИ
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЛАНАРНЫХ p+- n -ПЕРЕХОДОВ НА КРИСТАЛЛАХ INAS n-ТИПА ПРОВОДИМОСТИ

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЛАНАРНЫХ p+- n -ПЕРЕХОДОВ НА КРИСТАЛЛАХ INAS n-ТИПА ПРОВОДИМОСТИ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: в способах, предназначенных для изготовления диодов, транзисторов, в том числе фотодиодов и фототранзисторов, а также приборов на кристаллах арсенида индия. Сущность изобретения: способ изготовления планарных p+- n -переходов на кристаллах inAs n-типа проводимости основан на методе ионной имплантации с последующим отжигом. В качестве исходных кристаллов используют эпитаксиальные пленки или пластины, вырезанные из стекла и шлифованные без применения алмазных порошков, имплантацию осуществляют ионами бериллия с энергией 30 100 кэВ и дозой 1013-3·1014см-2, а после отжига при 550 600°С проводят защиту поверхности формированием пленки анодного окисла в электролите на основе винной кислоты, этиленгликоля и фтористого аммония в гальваностатическом режиме при плотности тока 0,5-1 мA·см-2 с последующим нанесением пассивирующей диэлектрической пленки. 1 табл.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2045107
Класс(ы) патента: H01L21/265
Номер заявки: 93041353/25
Дата подачи заявки: 17.09.1993
Дата публикации: 27.09.1995
Заявитель(и): Государственное предприятие Научно-производственное объединение "Орион"
Автор(ы): Астахов В.П.; Данилов Ю.А.; Давыдов В.Н.; Лесников В.П.; Дудкин В.Ф.; Сидорова Г.Ю.; Таубкин И.И.; Трохин А.С.
Патентообладатель(и): Государственное предприятие Научно-производственное объединение "Орион"
Описание изобретения: Изобретение относится к способам изготовления полупроводниковых приборов и может быть использовано при изготовлении диодов, транзисторов, в том числе фотодиодов и фототранзисторов, а также более сложных приборов на кристаллах InAs, обладающих высоким значением пробивного напряжения (Uпр.), дифференциального сопротивления (Rд) и квантовой эффективности ( η ), а также высокой стабильностью параметров.
При всех известных способах обработки и защиты поверхности InAs поверхностный встроенный заряд положителен и его величина составляет 1012 см-2 и более. Такой заряд приводит к формированию на p-области инверсионного поверхностного канала при концентрациях легирующей примеси вплоть до (5-7).1017 см-3. Из этого следует, что использование в качестве исходного материала кристаллов p-типа проводимости с концентрацией примеси менее (5-7).1017 см-3 исключено из-за формирования инверсионных поверхностных каналов, а при больших концентрациях пробивное напряжение p-n-переходов составляет менее 50 мВ, что в большинстве практических применений недопустимо. Поэтому использование исходного материала p-типа проводимости исключено, допустимо использование только материала n-типа проводимости, при этом следует формировать p-n-переходы p+-n-типа с концентрацией в p+-области 1018см-3 и выше.
Известен способ изготовления p+-n-переходов на InAs диффузией атомов кадмия и меза-травлением для выделения планарных границ p+-n-переходов без применения защитной и пассивирующей диэлектрических пленок [1]
Недостатком способа является невозможность изготовления планарных p+-n-переходов из-за отсутствия маскирующих пленок при диффузии кадмия, низкие пробивные напряжения из-за большого положительного встроенного поверхностного заряда, формирующего на поверхности n-области n+-слой с концентрацией больше 1017 см-3, низкая стабильность вольтамперных характеристик (низкая стабильность дифференциального сопротивления Rд) из-за отсутствия защитного стабилизирующего поверхность покрытия и низкий выход годных, обусловленный невозможностью стабильного получения слоев p+-типа с требуемой концентрацией и толщиной.
За прототип принят способ [2] заключающийся в имплантации ионов Сd+ в пластины InAs, обработанные традиционно шлифовкой с применением алмазных порошков с последующими химико-механической и затем химико-динамической полировками, и постимплантационного отжига при температуре 600-700оС без защиты поверхности в месте выхода p+-n-перехода диэлектрическими пленками.
Этот способ позволяет изготовить планарные p+-n-переходы, однако их электрические и фотоэлектрические параметры, такие как пробивное напряжение, дифференциальное сопротивление и квантовая эффективность, оказываются низким настолько, что применение таких p+-n-переходов в большинстве практически важных случаев не имеет смысла. Это обусловлено высокой степенью дефектности металлургической границы p+-n-перехода, произведенной таким "тяжелым" ионом, как Сd+. Дефектность столь высока, что последующий отжиг не дает возможности восстановить ее хоть в малой мере, близкой к тому уровню, который соответственно диффузионным p+-n-переходам или случаю имплантации "легких" ионов, таких как Ве+ и Мg+, с последующим отжигом.
Предлагаемое изобретение направлено на получение планарных p+-n-переходов на InAs с высоким и пробивным напряжением, дифференциальным сопротивлением и квантовой эффективностью, а также стабильностью дифференциального сопротивления. При осуществлении изобретения получаются слои p+-типа с требуемой концентрацией и толщиной и высокой степенью структурного совершенства в области металлургической границы p+-перехода, а поверхность защищается и стабилизируется так, что положительный заряд на границе раздел InAs-диэлектрик не превосходит 6.1011 см-2.
Способ изготовления планарных p+-n-переходов на InAs включает формирование локальных легированных областей ионной имплантацией и отжигом и отличается тем, что в качестве исходных кристаллов используют либо эпитаксиальные пленки, либо пластины, вырезанные из слитка n-типа проводимости и шлифованные без применения алмазных порошков, формирование легированных областей осуществляют имплантацией ионов бериллия с энергией 30-100 кэВ и дозой 1013-1014 см-2 и последующим отжигом при температуре 550-600оС, после чего осуществляют защиту поверхности анодным окислением в электролите на основе винной кислоты, этиленгликоля и фтористого аммония в гальваностатическом режиме при плотности тока 0,5-1 мА.см-2 с последующим нанесением пассивирующей диэлектрической пленки.
Изобретение основывается на следующих экспериментальных результатах.
1. Имплантация ионов Ве+ со средними (30-100 кэВ) энергиями и дозами (1013-13.1014 см-2) позволяет при низких температурах отжига (550-600оС) достичь столь высокого уровня отжига радиационных дефектов, что обеспечивается качество металлургической границы p+-n-перехода, не уступающее диффузионным p+-n-переходам. При этом гарантируется фактически 100%-ный выход годных и воспроизводимость параметров (RдUпр. η ).
2. Имплантация ионов Ве+ позволяет формировать качественные p+-n-переходы только при использовании в качестве исходных кристаллов либо эпитаксиальных пленок, либок пластин InAs, вырезанных из слитков n-типа проводимости и прошедших шлифовку без применения алмазных порошков и паст с последующими химико-механической и химико-динамической полировками. При применении алмазных порошков и паст большинство p+-n-переходов оказывается закороченными. Это объясняется формированием при ионной имплантации устойчивых дефектных образований на основе глубоких дефектов, введенных при шлифовке на алмазном порошке и пронизывающих металлургическую границу.
3. Применение для защиты поверхности анодной окисной пленки (АОП), использование для этого электролита на основе винной кислоты и этиленгликоля с добавкой фторсодержащей компоненты (NH4F) и проведение анодирования в гальваностатическом режиме при плотности тока i ≅ 1 мА.см-2 обеспечивают положительный встроенный заряд на поверхности, не превышающий (5-6).1011 см-2, что гарантирует отсутствие поверхностного канала на p+-области и такое обогащение поверхности n-области, при котором пробивное напряжение составляет не менее 10-15 В, в отличие от случая обработки поверхности меза-травлением и отмывками, когда встроенный заряд составляет (8-10).1011 см-2, что приводит к уменьшению пробивных напряжений до 0,3-1 В.
Нанесение на поверхность АОП пленки типа SiO, Si3N4, Al2O3стабилизирует встроенный поверхностный заряд и как следствие ВАХ(Rд) p+-n-переходов.
Пределы параметров, приведенных в формуле изобретения, обусловлены тем, что превышение указанных значений энергии ионов и дозы имплантации, а также несоблюдение указанного диапазона температур отжига приводит к заметному понижению величин Uпр, Rд и η p+-n-переходов. Превышение параметров имплантации создает неотжигающиеся дефекты, а их понижение приводит к заметному увеличению слоевого сопротивления; уход в область низких температур отжига не обеспечивает эффективный отжиг радиационных дефектов, а превышение температуры 600оС при отжиге существенно деформирует электрические параметры исходного кристалла. Состав электролита и использование гальваностатического режима при 0,5-1 мА.см-2 соответствует формированию встроенного заряда, не превышающего (5-6).1011 см-2. Низкий предел плотности тока при анодировании соответствует разумной производительности, а верхний началу заметного возрастания встроенного заряда. Нанесение пассивирующей диэлектрической пленки поверх анодноокисленной обеспечивает стабилизацию основных параметров Rд, Uпр, η
П р и м е р. Были изготовлены p+-n-переходы в виде 64-элементных линеек с размерами элементов 150х150 мкм2 в соответствии с предлагаемым решением с пассивирующей пленкой Si3N4 и металлизацией из Cr+Au. Изготовлены также p+-n-переходы со следующими отступлениями от условий, указанных в формуле: либо исходными кристаллами были пластины, вырезанные из слитка и обработанные с применением алмазных порошков, либо плотность тока при анодировании превышала 1 мА.см-2, либо на поверхность не наносилась пассивирующая пленка. Были также изготовлены p+-n-переходы по способу-прототипу: имплантация ионов Сd+ и отжиг при температуре 650оС без поверхностных защитных пленок; исходными были эпитаксиальные структуры n+-n-типа.
На всех p+-n-переходах при 77 К измерялись величины Rд, Uпр, η и стабильность Rд, обозначаемая как где = 1 где ΔRд изменение первоначальной величины Rд при вылежке в течение 1 мес в нормальных условиях и прогревах при 60оС в течение 24 ч. Данные измерений всех образцов представлены в таблице.
Из таблицы следует, что осуществление предлагаемого изобретения обеспечивает изготовление планарных p+-n-переходов на InAs, повышает их дифференциальное сопротивление, пробивное напряжение, квантовую эффективность и стабильность Rд.
Формула изобретения: СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЛАНАРНЫХ p-n-ПЕРЕХОДОВ НА КРИСТАЛЛАХ Inas n-ТИПА ПРОВОДИМОСТИ методом ионной имплантации с последующим отжигом, отличающийся тем, что в качестве исходных кристаллов используют либо эпитаксиальные пленки, либо пластины, вырезанные из слитка и шлифованные без применения алмазных порошков, имплантацию осуществляют ионами беррилия с энергией 30 100 кэВ и дозой 1 · 1013 3 · 1014см-2, отжиг проводят при 550 - 600oС, после чего осуществляют защиту поверхности формированием пленки анодного окисла в электролите на основе винной кислоты, этиленгликоля и фтористого аммония в гальваностатическом режиме при плотности тока 0,5 1,0 мА · см-2 с последующим нанесением пассивирующей диэлектрической пленки.