способ изготовления полупроводниковых приборов

Формула изобретения

Способ изготовления полупроводниковых приборов на основе арсенида галлия, включающий изготовление приборов и последующую обработку, отличающийся тем, что изготавливают приборы 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 токовую тренировку в непрерывном режиме питания при температуре 85±5°С в течение 10-24 ч.

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 №847833, 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 последующую обработку, 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 токовую тренировку в непрерывном режиме питания при температуре 85±5°С в течение 10-24 часов.

Использование температуры менее +80°С при последующей токовой тренировке в непрерывном режиме питания не позволяет стабилизировать параметры приборов, подвергнутых предварительному облучению быстрыми нейтронами, в то время как использование температуры более +90°С может приводить к деградации параметров приборов.

Процесс стабилизации структуры радиационных дефектов полностью завершается при токовой тренировке в непрерывном режиме питания при температуре 85±5°С в течение 10-24 часов и при дальнейшем отжиге параметры приборов остаются неизменными.

Изложенное выше изобретение обеспечивает следующий положительный эффект. После облучения быстрыми нейтронами концентрация электронов в арсениде галлия снижается до значения, необходимого для обеспечения требуемых параметров приборов, что позволяет гарантировать получение приборов с требуемыми параметрами, но 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 токовой тренировки в непрерывном режиме питания 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 токовая тренировка в непрерывном режиме питания при +85°С в течение 10 часов. 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 флюенсом быстрых нейтронов, значение которого определяют по формуле (1).

После облучения диодов проводят токовую тренировку в непрерывном режиме питания при температуре +85°С в течение 10 часов. 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 токовой тренировкой наблюдаются идентичные результаты, что подтверждает эффективность практического использования предлагаемого способа изготовления полупроводниковых 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.