СВЕЛЛИНГ  ПРИ ИОННОЙ ИМПЛАНТАЦИИ АНТИМОНИДА ИНДИЯ И КОММЕРЦИАЛИЗАЦИЯ  ФОРМИРОВАНИЯ РЕЛЬЕФА

 

SVELLING AT IONIC IMPLANTATION OF ANTIMONID INDIA

AND COMMERCIALIZATION OF  OF FORMATION OF THE RELIEF

 

Перинский В.В., Перинская И.В., Петрова Н.А.

(СГТУ имени Гагарина Ю.А., г. Саратов, РФ)

Perinsky V.V., Perinskaya I.V., Petrova N.A. (The Saratov statetechnical university Gagarin Yu.A. name)

 

Имплантация ионов аргона с образованием наноструктурированных свеллинговых слоев  нашла свое воплощение в настоящей работе в аспекте коммерциализации: формирование рельефа датчика Холла при химическом травлении  эпитаксиального антимонида индия.

Implantation of ions of argon with formation of the nanostructured svellingovy layers found the embodiment in the real work in aspect of commercialization: formation of a relief of the sensor of Holl chemical etching epitaksialny indium antimonide.

 

Ключевые слова: свеллинг, имплантация ионов, антимонид индия

Keywords: svelling, implantation of ions,  indium antimonide

 

 Одна из проблем ионной имплантации – генерация радиационных дефектов и их поведение при отжигах и химическом размерном травлении при создании рельефа поверхности.

Наиболее простой способ решения этой задачи – моделирование процессов атомных столкновений методом Монте-Карло.

В большинстве реальных случаев присутствуют как упругие, так и неупругие столкновения, последующая эволюция: диффузия, рекомбинация, объединение в кластеры, распухание (свеллинг) при больших дозах ионов. В этих случаях необходимо применять диффузионно-коагуляционную модель накопления дефектов Тетельбаума-Павлова [1].

Экспериментально подтверждено, что для полупроводника (антимонида индия (InSb)) объем подвергнутых облучению ускоренными ионами аргона (энергия до 100 кэВ и доза до 4000 мкКл/см2) слоев резко увеличивается вследствие распухания и образования пор.

Оказалось в частности, что масштаб свеллинга зависит от структурного совершенства антимонида индия – чем меньше дефектов, тем сильнее свеллинг. Кристаллическая структура и морфология ионно-свеллинговых слоев на гетероэпитаксиальных пленках InSb исследованы на электронном микроскопе и результаты полностью соответствуют материалам [2]: идентифицирован наноструктурированный материал.

Имплантация ионов аргона с образованием наноструктурированных свеллинговых слоев  нашла свое воплощение в настоящей работе в аспекте коммерциализации: формирование рельефа датчика Холла при химическом травлении  эпитаксиального антимонида индия.

Характер травления имплантированных  ионами аргона эпитаксиальных слоев антимонида индия по глубине (клин травления) изучался в различных травителях.

 

Таблица 1 - Зависимость клина травления от состава химического  травителя и режима  ионно-лучевой   обработки (ИЛО)

п.п.

Состав химического травителя

Режим ИЛО

Время травления,

С

Размер

по

чертежу, мкм

Отклонение

от

заданного

размера, %

Клин

трав-ления

1

HNO3:HF=1:1

-

5

30,0

40

18°

2

HNO3:HCl=1:1

-

7

30,0

43

31°

3

H2O2:HF=1:1

-

15

30,0

53

14°

4

HNO3:40% винная к-та = 1:3

-

420

30,0

6

76°

5

HNO3:40% винная к-та = 1:3 (Ттравл~350С)

-

180

30,0

5,7

77°

6

HNO3:40% винная к-та = 1:3

Е=75кэВ

Ф=7000

мкКл/см2

220

30,0

0

90°

 

На рисунке 1  приведена фотография клина травления элемента топологии первичного преобразователя, изготовленного химическим травлением через маску фоторезиста ФП-383 в режиме № 6  таблицы после аргонно-лучевой обработки на установке «Везувий-5» с Е=75 кэВ и дозой 700 мкКл/см2.

      

Рисунок 1 - Вид поперечного скола элемента топологии первичного преобразователя Холла

InSb : GaAs; 700;     ЕAr+=75 кэВ;    Ф=700 мкКл/см2;

состав травителя: HNO3:40% винная кислота=1:3

 

Клин травления имеет два угла наклона – в верхней части поперечного сечения до глубины 1 мкм клин травления практически равен 90°; далее угол наклона уменьшается до величины 77°, соответствующей клину при травлении в режиме № 5. На рисунке 2 приведены топологии первичных преобразователей Холла на гетероэпитаксиальных структурах  InSb на GaAs, наглядно иллюстрирующих влияние состава химических травителей приведенных в таблице, причем, образец (д) изготовлен с  применением аргонно-лучевой обработки.

 

                      

                      

 

 

 

Рисунок 2  -  Вид топологического элемента датчика Холла (×200)

аHNO3:HF=1:1;  б - HNO3:HCl=1:1; в – H2O2:HF=1:1;

г -  HNO3:винная кислота (40%)=1:3, t=300С;

  д - HNO3:винная кислота (40%)=1:3, t=300С с предварительной ИЛО в режиме: 75 кэВ, Ф= 7000 мкКл/см2

(топология -д- получена методом ИЛО с последующим химическим

травлением слоя InSb до подложки GaAs)

 

В экспериментах по повышению качества прецизионного травления полупроводниковых материалов при изготовлении рельефного тополо-гического рисунка микроминиатюрных преобразователей Холла на основе гетероэпитаксиальных пленок антимонида индия  использовались  слои фоторезиста ФП-383 толщиной 0,8 мкм. Имплантация ионов аргона с целью локальной активации полупроводника проводилась с Е=75 кэВ и дозой Ф=700 мкКл/см2. В результате последующего химического травления в травителе №6 (табл.1) до подложки арсенида галлия с послойным контролем удельного сопротивления формировались элементы с отвесным краем вплоть до глубины 1 мкм. Как следствие, получены первичные полупроводниковые преобразователи для датчиков Холла с габаритными размерами 0,40,4 и 0,30,3 мм, размеры области взаимодействия при этом составляли 0,010,06 мм с параметрами, приведенными на рисунке 3.

                           
                             а                                                                                     б

Рисунок 3- Параметры первичных преобразователей для датчиков Холла с габаритными размерами 0,40,4 мм:

а- зависимость магнитной чувствительности от управляющего тока;

б- зависимость холловского напряжения от напряженности магнитного поля.

 

Установленный режим [3] ионно-ускоренного травления полупроводника антимонида индия положен в основу способа уменьшения остаточного напряжения первичных преобразователей Холла, использованных в диагностической аппаратуре научно-производственной фирмы «Диагностические технологии для техносферы «НПФ «Диатех» (г. Москва)  и  научно-производственного  предприятия    «Техносфера–МЛ» (г. Зеленоград), в качестве малоинерционных датчиков проходящей СВЧ-мощности [2].

В соответствии с актами внедрения,  изготовленные  по разработанной технологии датчики использованы в 2008-2011 г. при  диагностике    трубопроводов ОАО «Газпром» в составе экспертно-диагностических систем с реальным экономическим эффектом.

 

Список использованных источников

1.    Тетельбаум Д.И.  Ионная имплантация  / Д.И. Тетельбаум  //  Вестник Нижегородского ун-та им. Н.И. Лобачевского.- 2010. - №5 (2). – С. 253.

2.    Перинская И.В. Совершенствование и применение ионно-лучевой технологии субмикронной пассивации металлов для безрезистной литографии и защиты от коррозии: автореф. … канд. техн. наук /  Перинская И.В.-  Саратов, 2010. –  18 с.

3.    Перинская И.В. Ионно–имплантационная обработка металлических слоев в технологии микроприборов СВЧ / И.В. Перинская // Антенны. Москва: Радиотехника,   2011.- № 11 (174). – 44-50 с.