Способ изготовления полевых транзисторов с барьером шоттки

Способ изготовления полевых транзисторов с барьером Шоттки, включающий формирование n-слоя в подложке полуизолирующего арсенида галлия путем имплантации ионов донорной примеси, внедрения кислорода по крайней мере в области канала и термический отжиг, изоляцию активных областей транзистора и формирование металлических электродов к транзисторной структуре, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода годных транзисторов, создания резкого градиента распределения концентрации донорной примеси на границе раздела n-слой подложка и уменьшения влияния перераспределения примесных атомов из подложки в n-слой, имплантацию ионов кислорода проводят перед имплантацией ионов донорной примеси с энергией и дозой ионов кислорода, обеспечивающими равенство концентраций донорной примеси и кислорода на глубине от поверхности, равной , и в максимумах кривых распределения донорной примеси и кислорода, где средний проецированный пробег и дисперсия пробега соответственно внедренных донорных ионов.

Изобретение относится к электронной технике, в частности к технологии создания полевого транзистора с барьером Шоттки с применением ионной имплантации.
Целью изобретения является повышение процента выхода годных, создание резкого градиента распределения концентрации донорной примеси на границе раздела слой-подложка и уменьшение влияния перераспределения примесных атомов из подложки в n-слой.
Способ был опробован при изготовлении полевых транзисторов с барьером Шоттки (ПТБШ) типа ЗПЗ26А-2. В качестве исходных используют подложки полуизолирующего арсенида галлия марки АГЧП-2a. После химической полировки проводят имплантацию сначала ионов кислорода 0⁺₁₆, а затем ионов кремния Si⁺₂₈. Ионы Si⁺₂₈ имплантируют с энергией Е 150 кэВ и дозой Д 8,75 10^-12см^-2. В этом случае средний проективный пробег ионов Si⁺₂₈ R_pn 0,125 мкм, а среднеквадратичный разброс пробегов Ионы кислорода имплантируют с различной энергией в диапазоне 100-400 кэВ, а дозу имплантации выбирают такой, чтобы получить одинаковую концентрацию 0⁺₁₆ в максимуме распределения при указанных выше ускоряющих энергиях.
Имплантированные подложки отжигают под защитой поверхности пленкой Si0₂ толщиной 0,25 мкм при 800^oС в течение 20 мин в потоке водорода. На пластинах-спутниках измеряют концентрационные профили n(d) методом вольт-фарадных характеристик с использованием ртутного зонда и распределения подвижности свободных электронов (d) по глубине n-слоя методом Ван-дер Пау с послойным стравливанием тонких слоев в медленном травителе NH₄ОН:H₂О₂:H₂О.
На фиг. 1 и 2 соответственно представлены полученные распределения n и .
Кривая 1 ионы кислорода имплантировались с Е 250 кэВ и Д 2,9 10¹³см. В этом случае кривая распределения O⁺₁₆ пересекается с кривой распределения Si⁺₂₈ на глубине средний проецированный пробег и среднеквадратичное отклонение пробега донорной примеси. Концентрационный профиль n-слоя получается резким, концентрация электронов n 1,5 10¹⁷cм^-3, толщина слоя на уровне 10¹⁷см^-3, d=0,15 мкм и подвижность электронов = 2450 см²/B с. В этом случае подвижность электронов по глубине слоя уменьшается вследствие компенсирующих свойств кислорода.
Кривая 2 ионы кислорода имплантировались с Е 300 кэВ и Д 3,1 10¹³ см^-2. Кривая распределения 0⁺₁₆ пересекается с кривой распределения Si⁺₂₈ на глубине . В этом случае граница раздела n-слой подложка является резкой, n= 1, 95 10¹⁷см^-3, d= 0,19 мкм, = 3350 см²/B c. Распределение подвижности электронов по глубнне n-слоя слало изменяется.
Кривая 3 ионы 0⁺₁₆ имплантировались с Е 350 кэВ и Д 3,3 10¹³см^-2.
Кривая распределения 0⁺₁₆ пересекается с кривой распределения Si⁺₂₈ на глубине . В результате граница раздела n-слой подложка является резкой, n 2,0 10¹⁷см², d 0,195 мкм, = 3400 см²/B c. Значения подвижности по глубине n-слоя слабо изменяются.
Кривая 4 ионы 0⁺₁₆ имплантировались с Е 400 кэВ и Д 3,5 10¹³ cм^-2.
Кривая распределения 0⁺₁₆ пересекается с кривой распределения Si⁺₂₈ на глубине .
В результате концентрационный профиль n-слоя остается еще резким, n = 2,1 10¹⁷см^-3, d = 0,2 мкм, = 3450 см²/В с.
Значения подвижности по глубине n-слоя незначительно увеличиваются.
Кривая 5 ионы 0⁺₁₆ имплантировались с Е 450 кэB и Д 3,8 10¹³см^-2. Кривая распределения 0⁺₁₆ пересекается с кривой Si⁺_28/ на глубине . В этом случае граница раздела n-слой подложка становится более плавной, n 2,5 10¹⁷см^-3, d = 0,225 мкм, = 2300см²/B c.
Значения поверхностной подвижности значительно падают, но возрастают по глубине n-слоя до 3400 см²/B c. Такое поведение подвижности обусловлено перераспределением компенсирующих глубоких примесей вследствие обратной диффузии в процессе высокотемпературного отжига подложек и накоплением их вблизи поверхности.
Необходимо отметить, что резкое падение подвижности вблизи границы раздела n-слой подложка обусловлено наличием высокоомного переходного слоя между n-слоем и подложкой.
На изготовленных таким образом ионно-легированных n-i-структурах было изготовлено пять партий ПТБШ.
Номера кривых на фиг. 1 и 2 соответствуют номеру партии. Процесс изготовления ПТБШ включает в себя следующие операции. Методом фотолитографии на активных областях создают фоторезистивные маски. В незащищенные области проводят имплантацию ионов водорода с Е 75 кэВ и Д 3 10¹⁵см^-2 для образования высокоомных изолирующих слоев. После удаления фоторезистивной маски на всю поверхность подложки наносят пленку SiO₂ методом разложения моносилана в кислороде на установке "Оксин-3" толщиной 0,44 мкм. Путем фотолитографии на поверхности SiO₂ формируют в фоторезистивной маске окна на областях истока и стока. В окнах методом ионно-химического травления вытравливается пленка SiO₂ до остаточной толщины 0,05-0,07 мкм. Остаточную пленку в окнах вытравливают химически. Удаляют фоторезистивную маску в кислородной плазме на установке "Плазма-600". На всю поверхность подложки методом термического распыления при температуре подложки 450^oС напыляют и вплавляют в окнах сплав АuGа (12%). Затем подложку охлаждают до 200^oC и напыляют сплав AuAgSb. Подложку охлаждают до 110^oС и поверх сплава напыляют пленку хрома. Омические контакты истока и стока формируют методом взрыва по пленке SiO₂ в 37%-ной плавиковой кислоте. При необходимости получения требуемых напряжений отсечки поверхность участка канала подтравливают. На конечной стадии на всю поверхность подложки напыляют термическим распылением в вакууме алюминий толщиной 0,5 мкм. Путем прямой фотогравировки формируют одновременно контактные площадки и металлизацию затвора шириной 200 мкм и длиной 0,6 мкм.
Основные параметры изготовленных ПТБШ, их воспроизводимость, а также процент выхода годных представлены в таблице, где приняты следующие обозначения:
I начальный ток стока при нулевом напряжении на затворе и U_cи 2,5 В;
S крутизна вольт-амперной характеристики, измеренная при i 8 мА и U_cи 2,0 В;
U напряжение отсечки при U_cи2,5 В;
К_ш.мин- минимальный коэффициент шума, измеренный на частоте 17,4 ГГц при I 8 мА и U_си= 2,0 В;
К_ур коэффициент усиления соответствующий минимальному коэффициенту шума на частоте 17,4 ГГц.
Как следует из таблицы, наилучшие результаты получены для партий 2,3 и 4, для которых n-i-структуры создавались при выборе энергии и дозы имплантации ионов кислорода, когда кривая распределения 0⁺₁₆ пересекается с распределением Si⁺₂₈ на глубинах от поверхности подложки, равных .
Изобретение относится к электронной технике, в частности к технологии создания полевых транзисторов с барьером Шоттки с применением ионной имплантации. Цель изобретения - повышение выхода годных транзисторов, создание резкого градиента на границе раздела n-слой - подложка и уменьшение влияния перераспределения примесных атомов из подложки в n-слой. Цель достигается путем проведения перед ионной имплантацией донорной примеси в область канала транзистора ионного внедрения атомов кислорода с энергией и дозой , обеспечивающими равенство концентраций донорной примеси и кислорода на глубине от поверхности, - средний проецированный пробег и дисперсия пробега соответственно внедренных донорных ионов, а концентрация кислорода в максимуме кривой распределения должна превышать концентрацию примесных атомов, перераспределяющихся из подложки в n-слой. 2 ил., 1 табл.