DE2354523A1

DE2354523A1 - Verfahren zur erzeugung von elektrisch isolierenden sperrbereichen in halbleitermaterial

Info

Publication number: DE2354523A1
Application number: DE19732354523
Authority: DE
Inventors: Robert G Hunsperger; Ogden J Marsh
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1972-11-06
Filing date: 1973-10-31
Publication date: 1974-05-22
Also published as: GB1398808A; DE2354523B2; IL43394A; IL43394A0; DE2354523C3; US3897273A

Description

Anmelderint Stuttgart, den 29. Oktober 1975

Hughes Aircraft Company P 2785 L/kg

Centinela Avenue and

Teale Street

Culver City, Calif., V.St.A.

Verfahren zur Erzeugung von elektrisch isolierenden Sperrbereichen in Halbleitermaterial

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung von elektrisch isolierenden Sperrbereichen in Halbleitermaterial durch Ionenimplantation, insbesondere in epitaxial abgeschiedenen GaAs-Schichten auf einem halbiaolierenden Substrat.

Die Notwendigkeit, bei bestimmten Typen von Halbleiteranordnungen, wie z.B. monolithischen integrierten Schaltkreisen (IC'ö), an ausgewählten Stellen elektrisch isolierte

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Bereiche zu erzeugen, ist allgemein bekannt. Wenn zwischen in geringem Abstand voneinander angeordneten Halbleiterelementen und/oder anderen ΙΟ-Elementen, die in einem gemeinsamen halbleitenden Substrat hergestellt worden sind, nicht geeignete elektrisch isolierende Sperrbereiche vorgesehen sind, so fließen zwischen diesen Elementen unerwünschte Leckströme, die die elektrischen Eigenschaften der Anordnung beeinträch» tigen, wenn sie nicht sogar deren völlige Funktionsuntüchtigleeit zur Folge haben·

Bei der Herstellung monolithischer integrierter Schaltkreise auf Siliziumbasis sind zwei Verfahren zur Erzeugung elektrisch isolierter Inseln bekannt. Bei dem einen werden, üblicherweise in einer Epitaxialschicht, durch Diffusion erzeugte pn-Übergangsgrenzschichten gebildet, um eine elektrische Isolation zwischen einzelnen Anordnungen und Elementen herzustellen, die anschließend in der Epitaxialschicht erzeugt werden· Bei dem anderen werden flächenhafte Trennschichten aus einem geeigneten isolierenden Material, wie z.B. Siliziumdioxid (SiC^), zwischen einer gemeinsamen Substrat-Schicht und einzelnen Einkristallinseln aus einem geeigneten halbleitenden Material, wie z.B. Silizium, erzeugt. In diesen Inseln können sodann aktive und passive Elemente mit Hilfe bei Silizium üblicher Verfahren hergestellt werden.

Beide bekannte Verfahren haben sich in bestimmten Anwendungsfällen als völlig geeignet erwiesen, jedoch ist jedes dieser Verfahren mit spezifischen Nachteilen

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und Beschränkungen behaftet. Die Anwendung von pn-Übergangsgrenzschichten hat beispielsweise den Nachteil, daß die Kapazität des pn-Überganges eine endliche Wechselstromkopplung in der Anordnung, insbesondere zwischen aneinandergrenzenden p+- und n+- Bereichen mit verhältnismäßig niedrigem Widerstand zur Folge hat. Eine solche Wechselstromkopplung muß jedoch vermieden werden, wenn monolithische integrierte Schaltkreise bei hohen Frequenzen angewendet werden sollen» .

Das oben erwähnte Verfahren fcur Erzeugung dielektrisch isolierter Inseln ist mit Erfolg angewendet worden, um das Problem der großen pn-übergangskapazitäten zu vermeiden. Die flächenhaften isolierenden SiOp-Trennschichten weisen eine wesentlich kleinere Kopplungskapazität auf als die dünnen, durch Diffusion erzeugten pn-Übergänge, die einen niedrigen spezifischen Widerstand aufweisen*· Auf der anderen Seite erfordert dieses Verfahren zur Erzeugung dielektrisch isolierter Inseln eine verhältnismäßig große Anzahl einzelner Verfahrensschritte zur Bearbeitung des halbleitenden Materials, die vielfach langwierige und mit niedriger Ausbeute verbundene Ätz- und Nachfüllvorgänge erfordern, um Bereiche des Halbleitersubstrats mechanisch zu entfernen, auf denen die Einkristallinseln nachträglich angeordnet werden sollen. Das Verfahren zur Herstellung dielektrisch isolierter Inseln ist daher an sich nicht für eine wirtschaftliche, schnelle und auf große Stück-r zahlen gerichtete Herstellung kommerzieller Halbleiteranordnungen geeignet·

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Zur Herstellung dielektrisch isolierter Galliumarsenidanordnungen ist ein Isolationsverfahren anderer Art bekannt, das gegenüber den vorstehend behandelten Verfahren, die vorwiegend in der Siliziumtechnologie angewendet worden sind, gewisse Vorteile aufweist· Bei diesem Verfahren werden Protonen in ausgewählte Bereiche eines Galliumärsenidsubstrats implantiert, um diese Bereiche in "halbiaolierendes" p- oder η-Material mit hohem spezifischem Widerstand umzuwandeln· Der Ausdruck "halbisolierendes Material", wie er hier verwendet ist, soll einen Halbleiter kennzeichnen, dessen spezifischer

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Widerstand zwischen etwa 10 und 1Cr Ohm/cm liegt. Die halbisolierenden Bereiche dienen als elektrisch isolierende Sperrbereiche zwischen einander benachbarten Halbleiterelementen in dem Galliumarsenidkristall« Ein solches Verfahren ist beispielsweise von A, G, Foyt et al in "Solid State Electronics", Januar 1969, beschrieben worden·

Das letztgenannte,· mit einem Protonenstrahl arbeitende Verfahren ist. hervorragend zur Bildung isolierender Sperrbereiche..geeignet, die eine niedrigere Kapazität aufweisen als die oben erwähnten pn-Ubergangsgrenzschichten, und es ist auch wesentlich schneller durchführbar und für höhere Stückzahlen geeignet als das bekannte Verfahren zur Herstellung flächenhaft dielektrisch isolierter Inseln· Andererseits erfordert jedoch das mit dem Protonenstrahl arbeitende Isolationsverfahren eine sehr hohe Teilchenbeschleunigung, für die Spannungen in der Größenordnung von einigen hundert keV aufgebracht

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werden müssen, um die gewünschte Fehlordnung zu bewirken. Außerdem hat man bei Halbleiteranordnungen, die nach diesem Verfahren hergestellt worden sind, beobachtet, daß schon bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen in der Größenordnung von etwa 400°G die zuvor durch Protonenimplantation gebildeten Sperrbereiche mit hohem spezifischem Widerstand wieder in einen Zustand.mit niedrigem spezifischem Widerstand übergehen. Dieses "Austemperphänomen", das noch nicht völlig erforscht ist, stellt eine ernstliche Beschränkung der Benutzungs- und Anwendungsmöglichkeiten für bekannte Galliumarsenidanordnungen dar, die nach diesem Verfahren hergestellt werden·

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung dielektrisch isolierender Bereiche zu schaffen, die eine ausreichend hohe Kapazität bilden, leicht herstellbar sind und ihren hohen spezifischen Widerstand auch bei erhöhten Temperaturen nicht verlieren»

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in ausgewählte Bereiche des Halbleitermaterials durch hohe Spannungen beschleunigte schwere Ionen mit einer solchen Konzentration und bis in eine solche Tiefe eingeschossen werden, daß die von diesen Ionen gebildeten Störstellen dem Halbleitermaterial in den beschossenen Bereichen einen spezifischen Widerstand in der Größenordnung von mindestens 10' Ohm/.cm verleihen·

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden also gewisse schwere geladene Teilchen, beispielsweise Argonionen,

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zu einem Teilchenbeschuß benutzt, bei dem verhältnismäßig niedrige Beschleunigungsspannungen in der Größenordnung von 20 keV verwendet werden können, um diese Teilchen in ausgewählte Oberflächenbereiche eines Halbleitermaterials, insbesondere einea Galliumarsenidkörpers, zu injizieren und in diesem eine Fehlordnung der inneren Einkristallstruktur zu erzeugen· Das Erreichen der erforderlichen Tiefe dieser isolierenden Bereiche, die gewöhnlich einige ^m oder mehr beträgt, kann dadurch gefördert werden, daß das Halbleitermaterial während der Ionenimplantation auf eine mäßig hohe Temperatur zwischen etwa 200 C und 500 G erwärmt wird. Dadurch diffundieren die an der Oberfläche des Halbleiterkörpers erzeugten Störstellen bis zu größeren Tiefen in den Halbleiterkörper ein. Die oben beschriebene Kristallfehlerdnung erhöhte den spezifischen Widerstand des Halbleitermaterials, insbesondere von epitaxialem Galliumarsenid, um einen Betrag, der ausreichend ist, um zwischen einander benachbarten aktiven oder passiven Halbleiteranordnungen gute elektrisch isolierende Trennschichten oder Sperrbereiche zu erzeugen, die nicht austempern, wenn sie Temperaturen bis zu 800°C ausgesetzt werden.

Durch die Erfindung wird demnach ein neues und verbessertes, mit Teilchenbeschuß arbeitendes Verfahren geschaffen, um bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen eine dielektrische Isolation zu erzielen, die sowohl bei niedrigen als auch bei hohen Frequenzen wirksam ist_e Dabei ist vorteilhaft, daß die Spannungen zur Teilchenbeschleunigung verhältnismäßig niedrig sein

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können. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch bei wesentlich niedrigeren Temperaturen durchgeführt werden, als sie zur Diffusion von isolierenden pn-Übergängen notwendig sind. Weiterhin sind zur Durchführung des erfindungs gemäßen Verfahrens beträcht- #* lieh weniger Verfahrensschritte notwendig als zur Herstellung flächenhafter, dielektrischer Trennschichten. Endlich lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bei GaAs-Halbleiteranordnungen scharfe Halbisolator-Halbleitergrenzflächen erzielen, so daß die zur Bildung der Sperrbereiche benötigte Substratfläche vermindert ist, . ■

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich au3 der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können bei anderen Ausfuhrungsarten des erfindungsgemäßen Verfahrens einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination verwirklicht sein. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung einen Schnitt durch einen Galliumarsenidkristall nach einem ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2a und 2b in Draufsicht und im Schnitt die Halbleiteranordnung nach Fig. 1, nachdem in deren Epitaxialschicht Ionen implantiert worden sind,

Fig. 3 eine typische monolithische integrierte Schalttungsverbindung zwischen "benachbarten, auf demselben Chip angeordneten dielektrisch isolierten Halbleiteranordnungen und

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Fig. 4a und 4b in Draufsicht und im Schnitt eine

weitere nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Halbleiteranordnung.

Die Fig. 1 zeigt ein mit einem hohen spezifischen Widerstand behaftetee, halbisolierendes n-Substrat 10, auf das eine epitaxiale n+-Schicht 12 aus Galliumarsenid (GaAs) aufgebracht worden ist, beispielsweise nach dem Arsentrichlorid-Verfahren, bei dem Arsentrichlorid (AsCl,) mit elementarem Gallium zur Reaktion gebracht wird, um Galliumarsenid abzuscheiden und die epitaxiale Schicht zu bilden·

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden, wie aus den Fig. 2a und 2b zu ersehen ist, in der epitaxialen Schicht 12 mehrere Einkrietallinsein 14, 16, 18 und 20 gebildet, indem ausgewählte Bereiche der epitaxialen Schicht 12 mit einem diese Bereiche abtastenden oder durch eine Maske abgeschatteten Ionenstrahl 22 bestrahlt werden, der nacheinander halbisolierende Kanalbereiche 28, 30 und 32 in der epitaxialen Schicht 12 erzeugt, die diese Inseln umgibt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn gemäß einer bevorzugteh Ausführungsart der Erfindung Argonionen verwendet werden und diese mit einem geeigneten elektrischen Feld so beschleunigt werden, daß sie bis unter die Oberfläche der epitaxialen Schicht 12 vordringen können· Eine solche Implantation wird mit einer geeigneten Dosierung durchgeführt und erzeugt elektrisch kompensierende Störstellen, die in Richtung auf das Substrat 10 nach innen diffundieren, und auf diese Weise

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die oben genannten Inseln bilden. Während dieser Ionenimplantation wird die in Fig. 2 dargestellte Galliumars enidanordnung auf eine erhöhte Temperatur, die üblicherweise zwischen 2Ö0°C und 50O⁰C liegt, erwärmt, um diese Diffusion der kompensierenden Störstellen in die Epitaxialschicht 12 zu fördern. Im Hinblick auf eine allgemeine Erörterung der Ionenimplantation, einschließlich der hierzu notwendigen Vorrichtungen, wie sie auch zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden, wird auf das Buch "Ion Implantation in Semiconductors" von James W. Mayer u.a., Academic Press, 1970, verwiesen.

Obwohl bei den im folgenden behandelten speziellen Beispielen einer tatsächlichen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens das chemisch träge Edelgas Argon verwendet wurde, zeigen die über Ionenimplantation verfügbaren Daten, daß auch andere schwere Ionen, und zwar sowohl chemisch träge als auch elektrisch aktive Ionen, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet sind. Geht man beispielsweise streng von dem Standpunkt einer Kristallfehlordnung aus, so erzeugt bei den hier verwendeten verhältnismäßig niedrigen Beschleunigungsspannungen jedes Ion, dessen Atomgewicht größer ist als dasjenige des Neonions, und auch das Neonion selbst, in der Kristallstruktur eine hinreichende

Fehlordnung, um den spezifischen Widerstand der Kristallin

struktur auf 10' Ohm.cm oder mehr zu erhöhen. Der Ausdruck "schweres Ion" soll daher jedes Ion unter Einschluß des Neonions bezeichnen, dessen Atomgewicht größer ist als dasjenige des Neonions. Dieser Ausdruck umfaßt

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daher sowohl die seltenerdartigen, chemisch tragen Edelgase Argon, Krypton und Xenon als auch andere ionisierte Elemente, deren Atomgewicht größer ist als das des Neons, die aber eine Tendenz aufweisen, die Leitfähigkeit des bestrahlten halbleitenden Materials zu beeinflussen. Beispielsweise sind Cadmium und Zink in Galliumarsenid implantiert worden, um eine Fehlordnung des Galliumaraenidkristalla zu, erzeugen und dadurch in bestimmten Grenzschichtbereichen desselben den spezifischen Widerstand auf einen V/ert anzuheben, der größer als 10' Ohm.cm ist. Messungen haben ergeben, daß diese Sperrbereiche 1 bis 2 ,um tief in die GaAs-Epitaxialschicht hineinreichen· Es ist jedoch festgestellt worden, daß diese Elemente an der Oberfläche von n-GaAs eine sehr dünne p-Schicht erzeugen, deren Dicke in der Größenordnung von 200 bis 300 A liegt. Aus diesem Grunde sind für gewisse Fälle der Anwendung von isolierenden Sperrbereichen die oben erwähnten schweren Edelgase gegenüber Zink und Cadmium vorzuziehen.

Es ist ferner festgestellt worden, daß in ähnlicher V/eise die Implantation von Schwefel-, Selen- oder Tellurionen in p-GaAs zur Ausbildung einer sehr dünnen n-Oberflächenschicht auf dem Kristall mit einer Dicke

ο in der Größenordnung von 200 bis 300 A führt. Jedoch wäre es in den beiden oben genannten Fällen, in denen die Oberflachenleitfähigkeit des GaAs beeinflußt wird, verhältnismäßig einfach, die GaAs-Scheibe zu läppen oder zu polieren und dadurch diese sehr dünne äußere Oberflächenschicht zu entfernen, so daß eine epitaxiale GaAs-Schicht mit darin angeordneten, unbedeckten Inseln

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übrig bleibt, die vollständig von dem einen hohen spezifischen Widerstand aufweisenden Sperrbereichmaterial umgeben sind. Der Fachmann erkennt daher, daß die Erfindung nicht auf die Anwendung des Argonions oder eines der anderen geeigneten schweren, chemisch tragen Ionen beschränkt ist, wenn aufgrund der anderen Erfordernisse des Herstellungsverfahrens die p- oder"η-artigen elektrischen Eigenschaften anderer Ionen hingenommen werden können, die hinreichend schwer sind, um eine solche Fehlordnung in dem Halbleiterkristall zu erzeugen, daß Sperrbereiche mit einem um einen vorgeschriebenen Betrag erhöhten spezifischen Widerstand entstehen.

Die in der Epitaxialschicht 12 während der Ionenimplantation erzeugten Störstellen sind offensichtlich das Ergebnis von Elektronenlücken in einer der Komponenten des halbleitenden Materials. Beispielsweise wird bei GaAs angenommen, daß diese Störstellen Lückenkomplexe des Arsens sind, die ale kompensierende Zentren wirken und die flachliegenden Donatoren oder Akzeptoren, die zur Dotierung der Epitaxialschicht oder des Substrats verwendet sind, "binden"*

Wie Fig„ 3 zeigt, kann die Anordnung nach Fig. 2 sodann nach bei monolithischen Halbleitern üblichen Verfahrenstechniken, einschließlich üblicher mit Ionenimplantation arbeitender Dotierverfahren, weiter bearbeitet werden, wobei in einer Einkristallinsel 18 beispielsweise ein npn-Galliumarsenidtransistor 54- und in einer anderen

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Einkristallinsel 20 ein passives Element, wie z.B. ein ionenimplantierter Widerstand 36, hergestellt wird. Die Herstellung dieser aktiven und passiven Elemente 34 bzw. 36 kann mit Hilfe üblicher Masken- und Ionenimplantationstechniken erfolgen, indem beispielsweise eine geeignete isolierende und ein passives Verhalten fördernde Schicht 38, wie z.B. eine SiO₂-Schicht, in der dargestellten V/eise an der Oberfläche der Epitaxialschicht 12 erzeugt und als Maske gegen p- oder h-Fremdionen, die in die epitaxiale Galliumarsenidschicht 12 implantiert werden sollen, benutzt wird. Die aus SiO₂ bestehende isolierende Maske 38 kann auch als Träger für eine als ohmscher Kontakt wirkende metallische Schicht 40 verwendet werden, die nachträglich unter Anwendung üblicher Metallverdampfungsverfahren auf . die freiliegenden Oberflächen des Emitterbereichs des Galliumarsenidtransistors 34 und des einen Endes des ionenimplantierten Widerstandes 36 aufgebracht wird ·

Die Fig. 4 zeigt.ein n-Galliumarsenidsubstrat 41 mit hohem spezifischem Widerstand, auf das eine epitaxiale Schicht 42 aus n-Galliumarsenid aufgebracht worden ist; ferner sind in der dargestellten Weise auf der Oberfläche der epitaxialen Galliumarsenidschicht 42 mehrere einzeln im Abstand voneinander angeordnete, als Maske wirkende Schottky-Sperrelektroden 44, 46, 48 und 50 aus Metall angeordnet. Diese Schottky-Sperrelektroden bilden bekanntlich an der Metall-Galliumarsenid-Grenzfläche Schottky-Sperrschichten, und es dienen diese Metall— elektroden zugleich als Maske für Argonionen, die in

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Richtung auf die freiliegenden Flächen der Epitaxialschicht 42 "beschleunigt werden, um die verschiedenen, von den Schottky-Sperrschichtdioden 52 und 54 gebildeten Bereiche vollständig voneinander zu isolieren· Diese Isolation vermindert die elektrischen Streufelder an den Rändern 56 und 58 der Schottky-Sperrschichten, und es führt diese Verminderung der elektrischen Feldstärke an diesen Stellen zu einer Erhöhung der Durchbruchsspannung der Schottky-Sperrschichtdioden 52 und 54. Vergleichsmessungen für diese Durchbruchsspannungen vor und nach der Ionenimplantation sind in dem nachfolgenden Beispiel 2 angegeben·

Die vorliegende Erfindung ist also nicht auf'die Bildung elektrisch isolierter Einkristallinseln als solche beschränkt, sondern erstreckt sich auch in der oben beschriebenen, neuartigen Weise auf die Bildung einer Anzahl diskreter Schottky-Sperrschichtanordnungen, wie sie in Fig. 4 dargestellt sind. Die in dieser Figur veranschaulichte Maskierung dient nicht nur zur Erzeugung der Schottky-Sperrschichten und zur Herstellung ohmscher Kontakte, sondern erfüllt gleichzeitig auch die Funktion einer Maskierung gegen Ionenimplantation und verhindert, daß Argonionen in die aktiven Bereiche 52 und 54 der Schottky-Sperrschichtdioden eindringen. Das vorliegende Verfahren erfordert daher keine getrennten Schritte zur Abschattung des Ionenstrahls und zur Bildung von Schottky-Elektroden und führt daher im Ergebnis zu einer beträchtlichen Zeit- und Kostenersparnis und zu einer erhöhten Ausbeute.

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Im folgenden werden zwei spezielle Durchführungabeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens "beschrieben:

Beispiel 1

Ein n-Galliumarsenidsubstrat mit einem spezifischen Widerstand von 10 Ohm.cm oder mehr und einer Dicke von etwa 0,5 vm wurde an seiner einen Seite geläppt und poliert und sodann in ein Epitaxialreaktionsgefaß gebracht, in dem eine n+-GaAs-Epitaxialschicht mit einem spezifischen Widerstand von etwa 10 Ohm.cm und einer Dicke von etwa 10 ,um auf das Substrat aufgebracht wurde. Zur Bildung dieser Epitaxialschicht wurde H2-Gas durch eine AsCl,,-Waschflasche geblasen, die auf Zimmertemperatur gehalten wurde, und sodann aus der Waschflasche einem als Galliumquelle dienenden Ofen zugeführt, in dem sich flüssiges Gallium in einem Schiffchen befand und der in einer ersten Zone des Epitaxialreaktionsgefäßes angeordnet war· Nachdem die Galliumquelle mit Arsen gesättigt war, d.h. bei 85O⁰G etwa 8% Arsen enthielt, das durch das R^-Trägergas in den Ofen transportiert worden war, strömte ein aus GaCl und As bestehender Dampf zu der Keimzone des Epitaxialreaktionsgefäßes, die auf etwa 75O°C gehalten wurde. Hier wurde das Galliumarsenid an der Oberfläche des GaAs-Substrats zu einer Schicht abgeschieden, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist.

Nach dem Abkühlen wurde die Epitaxialanordnung nach Fig. 1 in eine Implantationskammer gebracht, in der sie auf etwa 400⁰G erhitzt wurde, um die durch die

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Ionenimplantation "bewirkte Störstellenbildung in dem Kristallgitter der Epitaxialschicht 12 zu fördern. Nachdem diese Temperatur erreicht war, wurde, wie in Fig. 2b angedeutet, ein Argonionenstrahl mit einer Energie von 20 keV auf ausgewählte Bereiche der Oberfläche der n+^pitaxialschicht 12 fokussiert, so daß eine verhältnismäßig große Dosis von Argonionen in der Größenordnung von 10 Atomen/cm in den Kristall eindrang und Störstellen erzeugte, die.bis in eine Tiefe, die gleich oder größer war als die Dicke der Epitaxialschicht 12, eindiffundierten. Die in Fig. 2b dargestellten Sperrbereiche 28, 30 und 32 sind etwa 10 /,un breit und mindestens 10 ,Um tief. Der spezifische Widerstand dieser Bereiche wurde durch das beschriebene Verfahren auf etwa 10^r 0hm.cm erhöht. Dadurch wird eine nennenswerte-Wechsel- oder Gleichstromkopplung über diese elektrisch isolierenden Sperrbereiche vermieden, die die getrennt angeordneten Inseln 14, 16, 18 und in der dargestellten V/eise vollständig umschließen. Wenn beispielsweise die einander benachbarten Ränder der beiden isolierten Inseln 14 und 18 eine Länge von 3 mm haben, so beträgt die Koppelkapazität zwischen diesen Inseln an diesen Rändern etwa 0,3 pF und stellt für 1-GHz-Signal einen Wechselstrom-Kopplungswideratand von mehr als 400 0hm dar.

• Beispiel 2

Ein n+-Galliumarsenidaubstrat mit einem spezifischen Widerstand von 1,8 χ 10""* Ohm. cm und einer Dicke von etwa 0,5 mm wurde an einer Seite geläppt und poliert

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und sodann in ein Epitaxialreaktionsgefäß gebracht, in dem eine n-GaAs-Epitaxialschicht von etwa 2,5 /tun Dicke und einem spezifischen Widerstand von etwa 2 χ 10 Ohm.cm nach einem gängigen, in der Dampfphase arbeitenden Epitaxialzuchtverfahren aufgebracht wurde, beispielsweise nach dem in Verbindung mit Beispiel 1 beschriebenen Verfahren. Sodann wurde eine der Fig. 4 entsprechende Anordnung von Schottky-Sperrelektrodeh 44, 46, 48 und 50 auf die Oberfläche der Epitaxialschicht aufgebracht, indem dünnschichtige Aluminiumflecke von etwa 0,15 mm Durchmesser mit Hilfe üblicher Vakkumbedampfverfahren aufgebracht wurden· An dieser Stelle des Verfahrens ergaben Messungen, daß die erhaltenen Schottky-Sperrschichtdioden eine Durchbruch3spannung von etwa 22 V aufwiesen. Diese Durchbruchsspannung ist teilweise die Folge der Bereiche hoher elektrischer Feldstärke an den Rändern 56 und 58 der Dioden. Die oben beschriebene Epitaxialanordnung wurde sodann in eine Ionenimplantationskammer gebracht und auf etwa 400⁰C erwärmt. Nach Erreichen dieser Temperatur wurde die gesamte obere Fläche der Epitaxialschicht 42. mit einem Strahl von 20 keV-Argonionen abgestatet, die in die nicht maskierten Teile

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der Epitaxialsahicht mit einer Dosis .von 1 χ 10 Ionen/cm eindrangen. In die dem Ionenbeschuß ausgesetzten Teile wurden Störstellen des GaAe-KriBtallgitters bis in eine Tiefe eindiffundiert,«die gleich oder größer war als die Dicke der Epitaxialschicht von 2,5 /um· Diese Störstellen erzeugten elektrisch kompensierende Lücken in dem GaAe-Kristallgitter, die den

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spezifischen Widerstand der die Dioden umgebenden

Sperrbereiche auf etwa 10' Ohm.cm und mehr erhöhten und dabei die Durchbruchsspannung der gebildeten Schottky-Sperrschichtdioden vergrößerten· An diesen Dioden wurden wieder Messungen der Durchbruchsspannung durchgeführt, und es wurde festgestellt, daß die Durchbruchsspannung dieser Anordnungen auf 52 V vergrößert war. Diese Vergrößerung ist das Ergebnis einer wesentlichen Verminderung der Feldstärke der Streufelder an den Rändern 5& und 58 durch die Erzeugung der die Dioden nunmehr umgebenden Sperrbereiche mit hohem spezifischem Widerstand.

Die Erfindung ist"nicht auf die obigen speziellen Beispiele beschränkt, und.es können offensichtlich auch andere auf einem gemeinsamen Substrat angeordnete Anordnungen als Schottky-Sperrschichtdioden unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens gegeneinander isoliert werden· Beispielsweise ist es möglich, die oben beschriebenen Implantations- und Maskierungsverfahren zur gegenseitigen Isolierung einer Anzahl von Photodetektoren zu verwenden, die auf einem einzigen gemeinsamen Substrat in einer monolithischen Anordnung erzeugt worden sind. Die metallischen ohmschen Kontakte, die für die Detektoren einer solchen Anordnung benutzt v/erden, können mit Vorteil dazu verwendet werden,'die spezielle Geometrie der isolierenden Grenzschichten für diese Anordnung zu bestimmen. Die denkbare Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erstreckt sich daher allgemein auf Halbleiteranordnungen mit einem gemeinsamen -Substrat ο

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Erzeugung von elektrisch isolierenden Sperrbereichen in Halbleitermaterial durch Ionenimplantation, insbesondere in epitaxial abgeschiedenen GaAs-Schichten auf einem halbiaolierenden Substrat, dadurch gekennzeichnet,^ daß in ausgewählte Bereiche (28, 30, 32) des Halbleitermateriala (12; 42) durch hohe Spannungen beschleunigte schwere Ionen mit einer solchen Konzentration und bis in eine solche Tiefe eingeschossen werden, daß die von diesen Ionen gebildeten Störstellen dem Halbleitermaterial in den beschossenen Bereichen einen spezifischen Widerstand in der Größenordnung von mindestens

η
10' Ohm.cm verleihen·
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß schwere Ionen mit einem Atomgewicht verwendet werden, das mindestens so groß ist wie und vorzugsweise größer ist als das Atomgewicht des Neons.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als schwere Ionen Neon-, Argon-, Krypton- oder Xenonionen verwendet werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die schweren Ionen mit einem elektrischen Feld von etwa 20 keV oder weniger beschleunigt werden.

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5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial (12) vor und während des IonenbeSchusses auf eine erhöhte Temperatur von vorzugsweise etwa 400°C gebracht wird, um eine Diffusion der durch den Ionenbeschuß erzeugten Störstellen innerhalb des Halbleitermaterials zu erleichtern.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Ionenbeschuß auf das Halbleitermaterial (4-2) im Abstand voneinander angeordnete Metallelektroden (44, 46, 48, 50) aufgebracht werden, die zugleich als Maske gegen eine Implantation von Ionen in die abgedeckten Bereiche (52, 54) dienen·

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