RU2303315C1 - Semiconductor device manufacturing process - Google Patents

Semiconductor device manufacturing process Download PDF

Info

Publication number
RU2303315C1
RU2303315C1 RU2006112885/28A RU2006112885A RU2303315C1 RU 2303315 C1 RU2303315 C1 RU 2303315C1 RU 2006112885/28 A RU2006112885/28 A RU 2006112885/28A RU 2006112885 A RU2006112885 A RU 2006112885A RU 2303315 C1 RU2303315 C1 RU 2303315C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
devices
irradiation
active region
electron concentration
gallium arsenide
Prior art date
Application number
RU2006112885/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Васильевич Градобоев (RU)
Александр Васильевич Градобоев
Павел Владимирович Рубанов (RU)
Павел Владимирович Рубанов
Александр Васильевич Ащеулов (RU)
Александр Васильевич Ащеулов
Original Assignee
Томский политехнический университет
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Томский политехнический университет filed Critical Томский политехнический университет
Priority to RU2006112885/28A priority Critical patent/RU2303315C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2303315C1 publication Critical patent/RU2303315C1/en

Links

Abstract

FIELD: electronic engineering; manufacturing gallium arsenide based devices.
SUBSTANCE: proposed gallium arsenide based devices are manufactured from device structures with active-region electron concentration higher than required to ensure desired output parameters of devices; upon manufacture devices are irradiated with fast neutron fluency whose value is found from formula Fn=(1-K)/(7.2·10-4n0-0.77) neutron/cm2, where Fn is neutron fluency value; K = n1/n0 is variation level of electron original concentration in device active region when irradiated with fast neutron fluency Fn; n0 is electron concentration in device active region before irradiation, cm-3; n1 is electron concentration in device active region after irradiation needed to provide for desired output parameters, cm-3; upon irradiation devices are given trial run with power continuously supplied to them at temperature of 85 ± 5 °C for 10-24 h.
EFFECT: enhanced resistance to irradiation with electrons and gamma-quanta.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано при изготовлении полупроводниковых приборов на основе арсенида галлия.The invention relates to the field of electronic technology and can be used in the manufacture of semiconductor devices based on gallium arsenide.

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 25·1013 протон/см2, а затем проводят термообработку при 400-450°С в течение 20-30 мин.A known method of manufacturing silicon-based transistors (RF Patent No. 1424634, IPC H01L 21/363. The method of radiation processing of transistors / Beletsky PN, Vaysburd D.I., Orlov V.M., Chmukh Z.N., Shemendyuk A .P. - declared on 12.01.1987, published by BIPM No. 11, 04/20/2000), the essence of which is to irradiate silicon wafers with transistor structures with protons with energy at which the proton range is not less than the thickness of the plate, and a dose of 7 · 10 13 to 25 · 10 13 proton / cm 2 and then conduct heat treatment at 400-450 ° C for 20-30 minutes

Данный способ невозможно использовать для приборов на основе арсенида галлия.This method cannot be used for devices based on gallium arsenide.

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.A known method of increasing the radiation resistance of silicon (RF Patent No. 847833, IPC H01L 21/324 / Akhmetov V.D., Bolotov V.V., Smirnov L.S., IPP SB USSR Academy of Sciences, declared. 08.23.1979, publ. BIMP No. 17, 06/20/2000 - prototype), which consists in the fact that they conduct heat treatment of silicon in the temperature range 500-600 ° C for 100-800 hours in an inactive environment.

Данный способ, как и описанный выше, невозможно использовать для приборов на основе арсенида галлия.This method, as described above, cannot be used for devices based on gallium arsenide.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является изготовление приборов на основе арсенида галлия с повышенной стойкостью к облучению электронами и гамма-квантами.The problem to which the invention is directed, is the manufacture of devices based on gallium arsenide with high resistance to irradiation with electrons and gamma rays.

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 формулеThis object is achieved by the fact that in the method of manufacturing devices based on gallium arsenide, which includes the manufacture of devices and subsequent processing, the devices are made of device structures with an electron concentration in the active region greater than that required to provide the output parameters of the devices, and after manufacture, the devices are irradiated with fast neutron fluence, the value of which is determined by the formula

Figure 00000004
Figure 00000004

где Fn - значение флюенса нейтронов;

Figure 00000005
- 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; n1 - 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.where F n is the neutron fluence;
Figure 00000005
- the level of change in the initial concentration of electrons in the active region of the device when irradiated with a fast neutron fluence; n 0 - electron concentration in the active region of the device before irradiation, cm -3 ; n 1 is the electron concentration in the active region of the devices required to provide output parameters, cm -3 ; and after irradiation, current training is carried out in a continuous diet at a temperature of 85 ± 5 ° C for 10-24 hours.

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.Using a temperature of less than + 80 ° C during subsequent current training in a continuous power mode does not allow stabilizing the parameters of devices subjected to preliminary irradiation with fast neutrons, while using a temperature of more than + 90 ° C can lead to degradation of the parameters of devices.

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.The process of stabilization of the structure of radiation defects is completely completed during current training in a continuous diet at a temperature of 85 ± 5 ° C for 10-24 hours and with further annealing, the parameters of the devices remain unchanged.

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.The above invention provides the following beneficial effect. After irradiation with fast neutrons, the electron concentration in gallium arsenide decreases to the value necessary to ensure the required parameters of the devices, which allows to guarantee the receipt of devices with the required parameters, but their resistance to electrons and gamma rays increases.

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.The physical nature of the proposed method is as follows. As a result of the action of the fast neutron flux in gallium arsenide, particle paths are formed, which are the site of the flow of radiation defects introduced by subsequent irradiation with electrons and gamma rays. As a result of the collection of radiation defects created by subsequent irradiation with electrons and gamma rays, the path of fast neutrons slows down the degradation of the electrophysical properties of gallium arsenide upon subsequent irradiation with electrons and gamma rays and, accordingly, their radiation resistance increases.

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.Conducting a current training in a continuous diet after preliminary irradiation with fast neutrons makes it possible to stabilize the parameters of the devices (to exclude the slow drift of the parameters of the devices during operation) by stabilizing the structure of radiation defects introduced as a result of preliminary irradiation with fast neutrons.

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.The use of a higher electron concentration in the initial instrument structures eliminates the deterioration of the output parameters of the devices due to a decrease in the electron concentration in the active layers as a result of preliminary irradiation with fast neutrons below an acceptable level.

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 Fn=6,28·1013 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 Fn=4,3·1014 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.The drawing shows a graph of the average value of the power of microwave generation of Gunn diodes of the millimeter wavelength range for various batches of devices when irradiated with electrons with an energy of 3 MeV. Here: 1 - diodes are made of device structures with the required electron concentration in the active layers without the use of fast neutron irradiation; 2 - diodes are made of instrument structures with the required electron concentration in the active layers when using fast neutron irradiation with a fluence of F n = 6.28 · 10 13 neutrons / cm 2 , an increase in the neutron fluence above this value leads to a decrease in the resistance of the diodes during subsequent electron irradiation; 3 - diodes are made of device structures with a high concentration of electrons in the active layers when using fast neutron irradiation with a fluence of F n = 4.3 · 10 14 neutrons / cm 2 . In all cases, after irradiation with fast neutrons, a current training was conducted in a continuous diet at + 85 ° C for 10 hours. For all batches of devices, the microwave power after irradiation with electrons is normalized to its value before irradiation.

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).Consider the implementation of the proposed method on the example of Gunn diodes. Using conventional sandwich technology, including various operations (creating contacts, forming active elements using photolithography methods, scribing plates onto individual crystals and thermocompression assembly in a ceramic-metal casing), Gunn diodes are made from device structures with an increased electron concentration in the active layers. After thermocompression assembly in metal-ceramic cases, the resulting diodes are irradiated with a fast neutron fluence, the value of which is determined by the formula (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.After irradiation of the diodes, a current training is carried out in a continuous power mode at a temperature of + 85 ° C for 10 hours. Thus, Gunn diodes with increased resistance to irradiation with electrons and gamma rays are obtained.

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.As can be seen from the results presented in the drawing, preliminary irradiation with fast neutrons can significantly increase the resistance of Gunn diodes to subsequent electron irradiation. But the use of the initial gallium arsenide with the required electron concentration does not allow to achieve a possible maximum increase in the radiation resistance of Gunn diodes, while the use of instrument structures with an increased initial electron concentration and the use of high values of fast neutron fluences (see Chart 3) can further increase the radiation resistance in comparison with instrumental structures having the optimal value of electron concentration in active layers (see graph 2). Estimates show that the maximum increase in resistance to subsequent electron irradiation can exceed 10 times. Similar results are observed upon subsequent exposure to gamma rays.

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.For other types of Gunn diodes, other types of semiconductor devices based on gallium arsenide, identical results are observed when using preliminary irradiation with fast neutrons and subsequent current training, which confirms the effectiveness of the practical use of the proposed method for manufacturing semiconductor devices.

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.Thus, the proposed method can significantly increase the radiation resistance of devices based on gallium arsenide to the effects of electrons and gamma rays. The practical implementation of the proposed method does not cause any difficulties.

Claims (1)

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 формулеA method of manufacturing semiconductor devices based on gallium arsenide, including the manufacture of devices and subsequent processing, characterized in that the devices are made from device structures with an electron concentration in the active region greater than that required to provide the output parameters of the devices, after manufacture, the devices are irradiated with a fast neutron fluence, the value of which is determined according to the formula
Figure 00000006
Figure 00000006
где Fn - значение флюенса нейтронов;
Figure 00000007
- уровень изменения исходной концентрации электронов в активной области прибора при облучении флюенсом быстрых нейтронов Fn; 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.
where F n is the neutron fluence;
Figure 00000007
- the level of change in the initial concentration of electrons in the active region of the device when irradiated with a fast neutron fluence F n ; n 0 - electron concentration in the active region of the device before irradiation, cm -3 ; n 1 - electron concentration in the active region of the devices after irradiation, required to provide output parameters, cm -3 ; and after irradiation, current training is carried out in a continuous diet at a temperature of 85 ± 5 ° C for 10-24 hours.
RU2006112885/28A 2006-04-17 2006-04-17 Semiconductor device manufacturing process RU2303315C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006112885/28A RU2303315C1 (en) 2006-04-17 2006-04-17 Semiconductor device manufacturing process

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006112885/28A RU2303315C1 (en) 2006-04-17 2006-04-17 Semiconductor device manufacturing process

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2303315C1 true RU2303315C1 (en) 2007-07-20

Family

ID=38431236

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006112885/28A RU2303315C1 (en) 2006-04-17 2006-04-17 Semiconductor device manufacturing process

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2303315C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5320679B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
WO2013108911A1 (en) Semiconductor device and method for producing same
CN103946985A (en) Semiconductor device and method for producing semiconductor device
JPH03129832A (en) Annealing
CN106887385A (en) The manufacture method of semiconductor device
CN107195677A (en) The manufacture method of semiconductor device and semiconductor device
CN107431087A (en) Semiconductor device and its manufacture method
JP2010153845A (en) Method for producing semiconductor substrate, semiconductor substrate, method for manufacturing electronic device, and reaction apparatus
CN109712873B (en) MOS field effect transistor anti-displacement irradiation reinforcing method based on deep ion implantation mode
CN104103501A (en) Semiconductor device and manufacturing method therefor
WO2010061619A1 (en) Method for producing semiconductor substrate, semiconductor substrate, method for manufacturing electronic device, and reaction apparatus
Lidow et al. Single-event and radiation effect on enhancement mode gallium nitride FETs
WO2013111568A1 (en) Semiconductor device and method for producing same
JP2005522050A (en) Controlling dopant diffusion and activation using non-thermal annealing
JPH05102161A (en) Manufacture of semiconductor device, and the semiconductor device
RU2303315C1 (en) Semiconductor device manufacturing process
JPH0722198B2 (en) Insulated gate type bipolar transistor
RU2303314C1 (en) Semiconductor device manufacturing process
CN105593975A (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP2001326366A (en) Method of manufacturing semiconductor device
US4479829A (en) Method for making high resistance chromium-free semiconductor substrate body with low resistance active semiconductor layer by surface irradiation
CN105321809B (en) Reduce method, semiconductor devices and the method for manufacturing it of impurity concentration
RU2304824C1 (en) Method for increasing radiation resistance of devices based on gallium arsenide
RU2304823C1 (en) Method for increasing radiation resistance of devices based on gallium arsenide
JPS58191B2 (en) How to make a high speed semiconductor rectifier

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20080418