способ изготовления полупроводниковых приборов

Формула изобретения

Способ изготовления полупроводниковых приборов на основе арсенида галлия, включающий изготовление приборов и проведение термической обработки, отличающийся тем, что приборы изготавливают из приборных структур с концентрацией электронов в активной области больше требуемой для обеспечения выходных параметров приборов, после изготовления приборы облучают флюенсом быстрых нейтронов, величину которого определяют по формуле

где F_n - значение флюенса нейтронов; - уровень изменения исходной концентрации электронов в активной области прибора при облучении флюенсом быстрых нейтронов F_n; n₀ - концентрация электронов в активной области прибора до облучения, см ^-3; n₁ - концентрация электронов в активной области приборов после облучения, требуемая для обеспечения выходных параметров, см^-3; а после облучения проводят термическую обработку при температуре 200±20°С в течение 30-60 мин.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано при изготовлении полупроводниковых приборов на основе арсенида галлия.

Известен способ изготовления транзисторов на основе кремния (Патент РФ №1424634, МПК Н01L 21/363. Способ радиационной обработки транзисторов / Белецкий П.Н., Вайсбурд Д.И., Орлов В.М., Чмух З.Н., Шемендюк А.П. - заявл. 12.01.1987, опубл. БИПМ №11, 20.04.2000 г.), суть которого заключается в облучении пластин кремния с транзисторными структурами протонами с энергией, при которой пробег протонов не менее толщины пластины и дозой от 7·10¹³ до 25·10 ¹³ протон/см², а затем проводят термообработку при 400-450°С в течение 20-30 мин.

Данный способ невозможно использовать для приборов на основе арсенида галлия.

Известен способ повышения радиационной стойкости кремния (Патент РФ №847839, МПК Н01L 21/324 / Ахметов В.Д., Болотов В.В., Смирнов Л.С., ИФП СО АН СССР, заявл. 23.08.1979, опубл. БИМП №17, 20.06.2000 г. - прототип), заключающийся в том, что проводят термическую обработку кремния в интервале температур 500-600°С в течение 100-800 ч в неактивной среде.

Данный способ, как и описанный выше, невозможно использовать для приборов на основе арсенида галлия.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является изготовление приборов на основе арсенида галлия с повышенной стойкостью к облучению электронами и гамма-квантами.

Поставленная задача достигается тем, что в способе изготовления приборов на основе арсенида галлия, включающем изготовление приборов и проведение термической обработки, приборы изготавливают из приборных структур с концентрацией электронов в активной области больше требуемой для обеспечения выходных параметров приборов, а после изготовления приборы облучают флюенсом быстрых нейтронов, величину которого определяют по формуле

где F_n - значение флюенса нейтронов; - уровень изменения исходной концентрации электронов в активной области прибора при облучении флюенсом быстрых нейтронов; n₀ - концентрация электронов в активной области прибора до облучения, см^-3; n ₁ - концентрация электронов в активной области приборов, требуемая для обеспечения выходных параметров, см ^-3, а после облучения проводят термическую обработку при температуре 200±20°С в течение 30-60 мин.

Использование температуры менее +180°С при последующей термической обработке не позволяет стабилизировать параметры приборов, подвергнутых предварительному облучению быстрыми нейтронами, в то время как использование температуры более +220°С может приводить к деградации параметров приборов.

Процесс стабилизации структуры радиационных дефектов полностью завершается при термическом отжиге при температуре 200±20°С в течение 30-60 минут, и при дальнейшем отжиге параметры приборов остаются неизменными.

Изложенное выше изобретение обеспечивает следующий положительный эффект. После облучения быстрыми нейтронами с последующим термическим отжигом концентрация электронов в арсениде галлия снижается до значения, необходимого для обеспечения требуемых параметров приборов, при этом повышается их стойкость к воздействию электронов и гамма-квантов.

Физическая сущность предлагаемого способа заключается в следующем. В результате воздействия потока быстрых нейтронов в арсениде галлия формируются треки пробега частиц, которые являются местом стока радиационных дефектов, вводимых при последующем облучении электронами и гамма-квантами. В результате сбора радиационных дефектов, создаваемых при последующем облучении электронами и гамма-квантами, на треках пробега быстрых нейтронов замедляется процесс деградации электрофизических свойств арсенида галлия при последующем облучении электронами и гамма-квантами и, соответственно, повышается их радиационная стойкость.

Проведение термической обработки после предварительного облучения быстрыми нейтронами позволяет стабилизировать параметры приборов (исключить медленный дрейф параметров приборов при наработке) за счет стабилизации структуры радиационных дефектов, вводимых в результате предварительного облучения быстрыми нейтронами.

Использование более высокой концентрации электронов в исходных приборных структурах исключает ухудшение выходных параметров приборов за счет снижения концентрации электронов в активных слоях в результате предварительного облучения быстрыми нейтронами ниже допустимого уровня.

На чертеже показан график изменения среднего значения мощности СВЧ-генерации диодов Ганна миллиметрового диапазона длин волн для различных партий приборов при облучении электронами с энергией 3 МэВ. Здесь: 1 - диоды изготовлены из приборных структур с требуемой концентрацией электронов в активных слоях без применения облучения быстрыми нейтронами; 2 - диоды изготовлены из приборных структур с требуемой концентрацией электронов в активных слоях при использовании облучения быстрыми нейтронами флюенсом F_n=6,28·10 ¹³ нейтрон/см², повышение флюенса нейтронов выше этого значения приводит к снижению стойкости диодов при последующем облучении электронами; 3 - диоды изготовлены из приборных структур с повышенной концентрацией электронов в активных слоях при использовании облучения быстрыми нейтронами флюенсом F_n=4,3·10 ¹⁴ нейтрон/см². Во всех случаях после облучения быстрыми нейтронами проводилась термическая обработка при +200°С в течение 40 минут. Для всех партий приборов мощность СВЧ-генерации после облучения электронами нормирована на ее значение до облучения.

Рассмотрим реализацию предлагаемого способа на примере диодов Ганна. По обычной сэндвич-технологии, включающей различные операции (создание контактов, формирование активных элементов методами фотолитографии, скрайбирование пластин на отдельные кристаллы и термокомпрессионная сборка в металлокерамический корпус) из приборных структур с повышенной концентрацией электронов в активных слоях изготавливают диоды Ганна. После термокомпрессионной сборки в металлокерамические корпуса полученные диоды облучают быстрыми нейтронами флюенсом, значение которого определяют по формуле (1).

После облучения диодов проводят термическую обработку при температуре +200°С в течение 40 мин. Таким образом, получают диоды Ганна с повышенной стойкостью к облучению электронами и гамма-квантами.

Как видно из результатов, представленных на чертеже, предварительное облучение быстрыми нейтронами позволяет существенно повысить стойкость диодов Ганна к последующему облучению электронами. Но использование исходного арсенида галлия с требуемой концентрацией электронов не позволяет достигнуть возможного максимального повышения радиационной стойкости диодов Ганна, в то время как использование приборных структур с повышенной исходной концентрацией электронов и применение больших значений флюенсов быстрых нейтронов (см. график 3) позволяет дополнительно повысить радиационную стойкость по сравнению с приборными структурами, имеющими оптимальное значение концентрации электронов в активных слоях (см. график 2). Оценки показывают, что максимальное повышение стойкости к последующему облучению электронами может превышать 10 раз. Аналогичные результаты наблюдаются при последующем облучении гамма-квантами.

Для других типов диодов Ганна, других видов полупроводниковых приборов на основе арсенида галлия при использовании предварительного облучения быстрыми нейтронами с последующей термической обработкой наблюдаются идентичные результаты, что подтверждает эффективность практического использования предлагаемого способа изготовления приборов.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет существенно повысить радиационную стойкость приборов на основе арсенида галлия к воздействию электронов и гамма-квантов. Практическая реализация предлагаемого способа не вызывает каких-либо затруднений.