Формирование межприборной изоляции в нитрид-геллиевых гетероструктурах на кремнии

Рассмотрены различные методики формирования межприборной изоляции на гетероструктурах AlGaN/AlN/GaN, выращенные на кремниевых подложках. Показаны способы изоляции с применением технологии ионной имплантации азота (N+) и изоляции приборов методом травления мезы. Для оценки удельного сопротивления на поверхности AlGaN/AlN/GaN были изготовлены тестовые структуры с омическими контактами, разделёнными полупроводником с известными размерами. Омические контакты формировались методом электронно-лучевого напыления системы металлов Ti/Al/Ni/Au. Меза-изоляция формировалась путём реактивно-ионного травления на установке, оснащённой источником индуктивно-связанной плазмы в хлорсодержащей среде на основе газовой смеси Cl2/BCl3/Ar. Травление проводилось при мощности источника индуктивно-связанной плазмы 40 Вт и высокочастотной мощности 80 Вт через маску фоторезиста. Удельное поверхностное сопротивление после травления мезы составило 5.5·108 Ом/с. Однако существуют недостатки процесса травления мезы, связанные с ионной бомбадировкой поверхности и профилем боковых стенок. Альтернативный способ изготовления межприборной изоляции – ионная имплантация. Технология планарной ионной имплантации позволяет избежать контакта затвора со слоем двумерного электронного газа на боковых стенках мезы, что приводит к стабильной работе прибора. В качестве имплантируемой примеси для формирования межприборной изоляции методом ионной имплантации были выбраны ионы азота (N+). Исследованы дозовые зависимости удельного поверхностного сопротивления межприборной изоляции. Установлены режимы ионной имплантации: энергия внедряемых ионов 125 кэВ, низкие дозы – 3·1013 см-2, имплантация проводится без наличия защитных диэлектрических покрытий. Сопротивление изоляции, полученное методом ионной имплантации азота N+, при воздействии температур в диапазоне от 250 до 350°С имеет стабильно высокие значения.

1. Hsien C., Kao H. L., Chao-Hung C., Fend Tso C. Sidewall defects of AlGaN/GaN HEMTs evaluated by low frequency noise Analysis // Microelectronic Reliability. 2013. 53(12). 1897-1900. DOI: 10.1016/j.microrel.2013.06.015

2. Sharma N., Kumar Dhakad S., Chaturved N., Periasamy C. Refined isolation techniques for GaN-based high electron mobility transistors // Materials Science in Semiconductor Processing. 2018. 87

3. Kasai H., Ogawa H., Nishimura T., Nakamura T. Nitrogen ion implantation isolation technology for normally-off GaN MISFETs on p-GaN substrate // Physica Status Solidi Current Topics in Solid State Physics. 2014. 11. 3-4. DOI: 10.1002/pssc.201300436

4. Shiu J.-Y., Desmaris V., Huang J.-C., Chang C.-T. Oxygen ion implantation isolation planar process for AlGaN/GaN HEMTs // Electron Device Letters. 2007. 28(6). 476-480. DOI: 10.1109/LED.2007.896904

5. Oishi T., Nanjo T., Miura N., Suita M. Highly resistive GaN layers formed by ion mplantation of Zn along the c axis // Journal of Applied Physics. 2003. 94(3).1662-1666. DOI: 10.1063/1.1590412

6. Boudart B., Pesant J. C., Guhel Y., Dhamelincourt P. Raman characterization of Ar+ ion-implanted GaN // Journal of Raman Spectroscopy. 2002. 33(4). 283-286. DOI: 10.1002/jrs.856

7. Boudart B., Pesant C. J., Guhel Y., Dhamelincourt P. Raman characterization of Mg+ ion-implanted GaN // Journal of Physics Condensed Matter. 2004. 16(2). 49-53. DOI: 10.1088/0953-8984/16/2/006

8. Jiang Y., Li L., Wang Qp, Tamai K. Field isolation for GaN MOSFETs on AlGaN/GaN heterostructure with boron ion implantation // Semiconductor Science and Technology. 2014. 29(5). 29-38. DOI: 10.1088/0268-1242/29/5/055002

9. Arulkumaran S., Rahjan K., Ng Geok-Ing, Saw G. Z. Improved device isolation in AlGaN/GaN HEMTs on Si by heavy Kr+ Ion implantation // Conference: 72nd Device Research Conference, June 22-25, 2014. Santa Barbara (California), The University of California, 2014. 72. 115-120. DOI: 10.1109/DRC.2014.6872324

10. Umeda H., Anda Y., Takizawa T., Ueda T. High-voltage isolation technique using Fe+ implantation for monolithic integration of AlGaN/GaN transistors // Transactions on Electron Devices. 2013. 60(2). 771-775. DOI: 10.1109/TED.2012.2230264

11. Binari S., Dietrich H., Kelner G., Rowland L. B., Doverspike K. H, He, and N implant isolation of n-type GaN // Journal of Applied Physics. 1995. 78(5). 78-84. DOI: 10.1063/1.360712

12. Tuz Johra F. Effect of light-ions implantation on resistivity of GaN thin // Electronic Materials Letters. 2014. 10(4). 699-702. DOI: 10.1007/s13391-013-3160-9

13. Желаннов А. В., Ионов А. С., Петров А. В., Селезнев Б. И. Использование технологии микропрофилирования при формировании приборных структур на основе нитрида галлия // Нано- и микросистемная техника. 2017. 19. 7. 399-405. DOI: 10.17587/nmst.19.399-405

14. Егоркин В. И., Оболенский С. В., Земляков В. Е., Зайцев А. А., Гармаш В. И. Исследование ионной имплантации азота через слой нитрида кремния для межприборной изоляции GaN/Si- транзисторов