способ изготовления полевого транзистора с барьером шоттки

Формула изобретения

Способ изготовления полевого транзистора с барьером Шоттки, содержащий формирование активных областей прибора с рабочим n и контактным n⁺ слоями, формирование омических контактов, нанесение первого диэлектрического слоя, формирование в нем травлением до поверхности арсенида галлия окна под затвор, заращивание окна вторым диэлектрическим слоем, травление второго диэлектрического слоя до его полного удаления с первого диэлектрического слоя и до арсенида галлия в окне, зауженном вторым диэлектрическим слоем, травление канавки в n⁺ слое арсенида галлия через зауженное окно и формирование Т-образного затвора в зауженном окне диэлектрика и канавке в n⁺ слое арсенида галлия, отличающийся тем, что первый диэлектрический слой создают последовательным нанесением нескольких диэлектрических слоев, имеющих разную скорость травления.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области полупроводниковой техники и может быть использовано для изготовления полевых транзисторов с барьером Шоттки.

Известно много способов формирования субмикронного затвора в «узких» окнах диэлектрических покрытий, использующих технологию преобразования толщины какого-либо слоя (Si₃N₄, Al и т.д.) в ширину окна. Например, см. работу J. YANOKURA, М. MORI, К. HIRUMA "A New Self-Alignment Technology for Sub-Quarter-Micron-Gate FET's; Operating in the Ka-Band. - IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVETHEORY AND TECNIQUES, V.37, N 9, 1989, p.1466-1470.

Известен способ преобразования величины подтравливания под край маски фоторезиста в ширину окна для формирования затвора, см. патент РФ №2131631 «Способ изготовления полупроводниковых приборов». Суть способа: затворную щель в слое диэлектрика формируют с помощью контактной фотолитографии путем вытравливания несквозного углубления в слое SiO₂ с боковым подтравливанием под край фоторезистивной маски, помещенной между стоком и истоком, затем напыляют вспомогательный слой металла, удаляют фоторезист, направленным сухим травлением травят SiO₂ по маске металла в углублении до поверхности полупроводника в канале. Способ сложен и трудно воспроизводим по следующим причинам:

- край фоторезистивной маски чрезвычайно сложно совместить с центром канала из-за невоспроизводимости проявления края фоторезиста (±0,3 мкм) и точности совмещения фотошаблона (±0,3 мкм);

- величина подтравливания под край маски тоже имеет большой разброс вследствие сложности контроля толщины стравливаемой пленки SiO₂ непосредственно в процессе травления и невоспроизводимости адгезии края фоторезиста. Суммарно такой разброс может составить (±0,3 мкм);

- в процесс изготовления входят операции напыления и взрыва металла, которые также приводят к снижению процента выхода годных.

Известен способ изготовления полупроводниковых приборов, выбранный за прототип, включающий формирование полевых транзисторов Шоттки с субмикронным затвором грибообразной конструкции, см. работу Самсоненко Б.Н. Формирование субмикронных затворов с использованием контактной фотолитографии. - Электронная промышленность. №2, 1995 г., стр.46 и 47.

На пластине арсенида галлия с контактным n⁺ и рабочим n слоями формируют омические контакты, наносят первый диэлектрический слой, формируют в нем травлением до поверхности арсенида галлия окно под затвор, заращивают окно вторым диэлектрическим слоем, травят второй диэлектрический слой до его полного удаления с первого диэлектрического слоя и до арсенида галлия в окне, зауженном вторым диэлектрическим слоем, травят канавку в n⁺ слое арсенида галлия через зауженное окно и формируют Т-образный затвор в зауженном окне диэлектрика и канавке арсенида галлия.

Недостаток способа заключается в том, что для улучшения электропараметров полевого транзистора с барьером Шоттки (К_Ш , К_УР, U_ПРОБ) необходимо иметь достаточно толстый n⁺ слой, то есть применять исходные эпитаксиальные структуры с достаточно толстыми n⁺ слоями, в которых требуется вытравливать достаточно глубокую (до 0,3-0,4 мкм) канавку, а зауженное окно не выдерживает длительного воздействия травителя в котором травят канавку, и разрушается.

Технической задачей предлагаемого изобретения является улучшение электрических параметров полевого транзистора с барьером Шоттки.

Эта техническая задача решается тем, что в способе изготовления полевого транзистора с барьером Шоттки, содержащем формирование активных областей прибора с рабочим n и контактным n⁺ слоями, формирование омических контактов, нанесение первого диэлектрического слоя, формирование в нем травлением до поверхности арсенида галлия окна под затвор, заращивание окна вторым диэлектрическим слоем, травление второго диэлектрического слоя до его полного удаления с первого диэлектрического слоя и до арсенида галлия в окне, зауженном вторым диэлектрическим слоем, травление канавки в n ⁺ слое арсенида галлия через зауженное окно и формирование Т-образного затвора в зауженном окне диэлектрика и канавке в n⁺ слое арсенида галлия, первый диэлектрический слой создают последовательным нанесением нескольких диэлектрических слоев имеющих разную скорость травления.

На фиг.1 показан маршрут изготовления полевого транзистора с барьером Шоттки по способу, взятому за прототип. На фиг.2 показан маршрут изготовления полевого транзистора с барьером Шоттки по способу согласно предлагаемому изобретения.

Примеры изготовления полевых транзисторов с барьером Шоттки с использованием предлагаемого способа

Пример 1.

Для изготовления полевого транзистора с барьером Шоттки используется пластина арсенида галлия со слоями n ⁺-n-n_i типа, ориентацией (100):

- n⁺ слой, толщина 0,3-0,35 мкм, концентрация носителей заряда 6,0·10¹⁸ см ^-3;

- n слой, толщина 0,1 мкм, концентрация носителей заряда 2,5·10¹⁷ м^-3 ;

- n_i слой (буфер), толщина 0,5 мкм.

На пластине создают активные области полевого транзистора с барьером Шоттки. Создают маску под омические контакты. Напыляют композицию AuGe/Au/Mo. Методом «взрыва» формируют рисунок омических контактов. Наносят диэлектрический слой из трех слоев, первый из которых - слой SiO₂ толщиной 0,5 мкм, получаемый плазмохимическим разложением паров гексаметилдисилоксана и кислорода в плазме тлеющего разряда при температуре 250°С. Наносят второй слой SiO₂ толщиной 0,15 мкм методом термического окисления SiH₄ при температуре 250°С. Наносят третий слой Si ₃N₄ толщиной 0,15 мкм катодным распылением кремниевой мишени в атмосфере азота при температуре 250°С. Формируют фоторезистивную маску с окном под затвор шириной 1,0 мкм. Травят ионно-химическим травлением трехслойное покрытие суммарной толщиной 0,8 мкм до толщины 0,1 мкм и затем дотравливают оставшийся слой в травителе HF:NH₄F:H ₂O=80:200:300 до поверхности арсенида галлия. При этом получается окно, боковая поверхность которого имеет выступы и впадины из-за разной скорости травления. Наращивают второй диэлектрический слой толщиной 0,7 мкм. Травят второй диэлектрический слой до вскрытия поверхности арсенида галлия в окне плазмохимическим травлением в установке 08-ПХО-100Т-005. Режим травления: среда - С₃F₈, Р=2-4 Па, W=400 Вт, t=25 мин. В результате окно в первой диэлектрической пленке оказывается зауженным с первоначального 1,0 мкм до 0,2-0,3 мкм, причем за счет неровной боковой поверхности окна в первой диэлектрической пленке увеличивается сцепление второй диэлектрической пленки с этой боковой поверхностью. Через образовавшуюся щель в травителе H₂O₂:H ₂SO₄:H₂O=1:1:100 в течение 3-3,5 минут вытравливается канавка в n ⁺ слое арсенида галлия глубиной 0,3-0,35 мкм. Затем производится напыление металла и формирование затвора длиной 0,2 мкм и шириной 800 мкм.

Использование способа позволило: в 3-4 раза увеличить толщину n⁺ слоя и тем самым улучшить электрические параметры полевого транзистора с барьером Шоттки (К _Ш, К_УР, U_{ПРОБ З-С} , _И). Конкретные результаты приведены в таблице.

Пример 2.

Для изготовления полевого транзистора с барьером Шоттки используется гетероэпитаксиальная структура на подложке арсенида галлия ориентацией (100) со следующими параметрами:

- n⁺ слой GaAs, толщиной 0,2-0,25 мкм;

- n_i слой GaAs, толщиной 0,015 мкм;

- n слой Ga_(1-x)Al_x As толщиной 0,04 мкм;

- n_i слой Ga _(1-x)Al_xAs толщиной 0,0028 мкм;

- n_i слой GaAs толщиной 0,2 мкм;

- SL GaAs/GaAIAs, 10 периодов 0,01/0,01 мкм;

- n _i слой GaAs толщиной 0,2 мкм.

На пластине создают активные области полевого транзистора с барьером Шоттки. Создают маску под омические контакты. Напыляют композицию AuGe/Au/Mo. Методом «взрыва» формируют рисунок омических контактов. Наносят диэлектрический слой из двух слоев, первый из которых - слой SiO₂ толщиной 0,4 мкм, получаемый термическим окислением моносилана при температуре 300°С. Наносят второй слой Si₃N₄ толщиной 0,3 мкм катодным распылением кремниевой мишени в атмосфере азота при температуре 250°С. Формируют фоторезистивную маску с окном под затвор шириной 1,0 мкм. Травят ионно-химическим травлением двухслойное покрытие суммарной толщиной 0,7 мкм до толщины 0,07 мкм и затем дотравливают оставшийся слой в травителе HF:NH ₄F:H₂O=80:200:300 до поверхности арсенида галлия. При этом получается окно, боковая поверхность которого имеет выступы и впадины из-за разной скорости травления. Наращивают второй диэлектрический слой толщиной 0,65 мкм. Травят второй диэлектрический слой до вскрытия поверхности арсенида галлия в окне плазмохимическим травлением в установке 08-ПХО-100Т-005. Режим травления: среда - C₃F ₈, Р=2-4 Па, W=400 Вт, t=25 мин. В результате окно в первой диэлектрической пленке оказывается зауженным с первоначального 1,0 мкм до 0,2 мкм, причем за счет неровной боковой поверхности окна в первой диэлектрической пленке увеличивается сцепление второй диэлектрической пленки с этой боковой поверхностью. Через образовавшуюся щель в травителе H₂O ₂:H₂SO₄:H ₂O=1:1:100 в течение 2,5-3,0 минут вытравливается канавка в n⁺ слое арсенида галлия глубиной 0,2-0,25 мкм. Затем производится напыление металла и формирование затвора длиной 0,2 мкм и шириной 150 мкм.

Использование способа позволило: в 2-3 раза увеличить толщину n⁺ слоя, протравить его без разрушения зауженного окна и тем самым улучшить электрические параметры полевого транзистора с барьером Шоттки (К_Ш, К_УР, U_{ПРОБ З-С, И}). Конкретные результаты приведены в таблице.

Параметр		Минимальная ширина окна	Толщина n + слоя	Максимальная глубина канавки	Пробивное напряжение затвор-сток, исток	Kш мин	Kур опт
Прототип		0,2-0,3 мкм	0,08-0,1 мкм	0,08-0,1 мкм	˜2,0 В
Предлагаемый способ	Пример 1	0,2-0,3 мкм	0,3-0,35 мкм	0,3-0,35 мкм	˜9-10 В
	Пример 2	0,2-0,3 мкм	0,2-0,25 мкм	0,2-0.25 мкм	˜6,0 В

Пример 1 описывает изготовление GaAs полевого транзистора с барьером Шоттки для рабочей частоты 4 ГГц (ширина затвора 800 мкм). Пример 2 описывает изготовление значительно более высокочастотного транзистора (ширина затвора 150 мкм). В том случае, если заращивается окно в диэлектрике с более высокими стенками, необходимо первый диэлектрический слой формировать из большего количества слоев (четырех и более) для достижения максимальной прочности сцепления первого и второго диэлектрических слоев.