Способ изготовления полупроводникового прибора

 

Использование: в микроэлектронике при производстве полевых транзисторов на арсениде галлия с увеличенным быстродействием за счет уменьшения длины затвора. Сущность изобретения: способ изготовления полупроводникового прибора включает выделение активной области прибора на полупроводниковой структуре, формирование омических контактов, нанесение диэлектрического слоя на поверхность структуры, формирование металлической маски с окном под электрод затвора и последущее анодное окисление металлической маски для уменьшения размера окна, травление диэлектрического слоя и формирование затвора. 9 ил.

Изобретение относится к электронной технике, а более конкретно к способам создания полевых транзисторов, и может быть использовано для создания как дискретных приборов, так и интегральных схем.

При создании сверхбыстродействующих полевых транзисторов на арсениде галлия используют технологические методы, включающие следующие основные операции: выделение активной области, создание омических контактов, формирование затвора Шоттки методами фотолитографии и напыления. При этом используют различные технологические приемы для уменьшения длины затвора с целью увеличения быстродействия транзистора, увеличения его крутизны, уменьшения коэффициента шума.

Так известен способ создания полевого транзистора [1], включающий следующие операции: выделение активной области, создание омических контактов, формирование затвора Шоттки путем ряда вспомогательных операций. В данном способе для получения минимальной длины затвора предварительно на поверхность полупроводника наносят слой SiO₂ и с помощью фотолитографии вскрывают в нем окно с рисунком затвора. Затем на всю поверхность конформно наносят дополнительный слой SiO₂. При этом первоначальный размер окна уменьшается. Проводят реактивно-ионное травление и стравливают дополнительный слой SiO₂ таким образом, чтобы второй слой SiO₂ оставался только на торцах первоначального окна в SiO₂. Затем формируют затвор Шоттки, заполняя металлом окно в SiO₂, с использованием стандартных процессов фотолитографии и напыления. В результате получают затвор транзистора, длина которого определяется разностью между первоначальным размером окна и удвоенной толщиной дополнительного слоя SiO₂.

Недостатком известного способа является необходимость использования сложных технологических процессов - конформного нанесения слоя SiO₂ и реактивного ионного травления. Использование процесса реактивного ионного травления затруднительно ввиду сложности контроля дотравленности дополнительного слоя и возможности нарушения поверхности полупроводника.

Наиболее близким к изобретению техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ изготовления полупроводникового прибора [2] , включающий выделение активной области, создание омических контактов, формирование на поверхности структуры маски из металла, содержащей окно с рисунком электрода затвора, нанесение пленки диэлектрика (SiO₂), вытравливание этой пленки таким образом, чтобы она осталась только на боковой поверхности окна, формирование затвора Шоттки путем заполнения барьерообразующим металлом окна в диэлектрике и удаление металлической маски. В результате получают полевой транзистор, у которого длина затвора меньше первоначального размера окна в металлической маске на удвоенную толщину осажденной пленки диэлектрика.

Недостатком метода является необходимость использования сложных технологических процессов - конформного нанесения слоя SiO₂ и реактивного ионного травления этого диэлектрика. Кроме того, в процессе реактивного ионного травления чрезвычайно сложно контролировать дотравленность слоя диэлектрика и, как результат, появляется возможность нарушения поверхности полупроводника, что особенно недопустимо при использовании например n-n_i-структур.

При решении задачи создания полевого транзистора с длиной затвора меньше чем размер окна, формируемого методом литографии, возникает насущная потребность в разработке простых технологий, позволяющих обеспечить устойчивую воспроизводимость характеристик изготавливаемого транзистора.

Решить поставленную задачу возможно при использовании предлагаемого способа изготовления транзистора, включающего наряду с известными операциями, такими как выделение активной области, создание омических контактов, формирование металлической маски, содержащей окно с рисунком затвора, нанесение слоя диэлектрика, формирование затвора Шоттки путем заполнения металлом окна в диэлектрике, дополнительную операцию, а именно изменение химического состава металлической маски для увеличения объема маски методом окисления, например анодного окисления. Кроме того, в предлагаемом методе изменена последовательность двух операций - вначале наносят слой SiO₂, а затем создают металлическую маску. Включение в способ изготовления полупроводникового прибора дополнительной операции: окисление металлической маски для увеличения ее объема приводит к изменению линейных размеров маскирующего покрытия. Благодаря этому окно в маске, через которое осуществляют травление диэлектрика и контактного n⁺-слоя полупроводника, значительно меньше, что обуславливает уменьшение размеров затвора по сравнению с размером металлической маски.

П р и м е р. Проводили изготовление полевого транзистора на структуре арсенида галлия n⁺⁺-n-n_i-типа со следующими параметрами: на подложке 1 был создан активный слой 2 толщиной d_n = 0,15 мкм и контактный слой 3 толщиной d_n++ = 0,1 мкм, концентрация свободных электронов в активном слое 2 n_o = 2,5 ˙ 10¹⁷ см^-3, в контактном n⁺⁺-слое 3 n_o⁺⁺ = 10¹⁹ см^-3.

Основные этапы изготовления представлены на фиг.1-9.

Сначала на поверхности структуры (фиг.1) с использованием метода взрывной фотолитографии формируют омические контакты 4 путем напыления сплава AuGe+Ni и последующего отжига в атмосфере водорода при температуре 450^оС (фиг. 2). Затем (фиг. 3) проводят выделение активной области травлением контактного n⁺⁺ слоя через маску фоторезиста, а затем проводят имплантацию протонов в активный слой 2, создавая изолирующие области 5. На всю структуру наносят пленку 6 SiO₂ толщиной 0,15 мкм (фиг.4), а затем проводят фотолитографию, как показано на фиг.5. Здесь фоторезистом 7 закрывают участки, совпадающие с местоположением затвора и площадок над омическими контактами. Проводят напыление слоя Al толщиной 0,3 мкм и (фиг.5) "взрывают" фоторезист в органическом растворителе (фиг. 6). В результате получают структуру GaAs, закрытую диэлектрической пленкой, на которой сформирована металлическая маска 8 из Al, с окном в виде электрода затвора. Указанным методом, т. е. с использованием взрывной фотолитографии, можно формировать маски с рисунком затвора длиной 0,8-0,7 мкм. Затем проводят анодное окисление алюминиевой маски 8 (фиг.7). В результате объем маски возрастает, а это приводит к тому, что размер окна в маске 9 в области создаваемого затвора уменьшается на 0,4 мкм при толщине Al 0,3 мкм, и если первоначальный размер составлял размер 0,7 мкм, то после анодирования он становится 0,3 мкм (или уменьшается больше чем в 2 раза). Затем проводят сухое травление SiO₂ в плазме через маску анодного окисла, вытравливают контактный n⁺-слой в окнах (фиг.8). Проводят фотолитографию и стандартными методами напыления заполняют образовавшееся окно металлом, формируя таким образом электроды затвора 10, стока 11, истока 12 (фиг.9). В результате, используя только простые технологические операции, создают полевые транзисторы с затвором Шоттки длиной 0,3 мкм.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ПРИБОРА, включающий выделение активной области прибора на полупроводниковой структуре, формирование омических контактов, формирование металлической маски с окном под электрод затвора, нанесение диэлектрического слоя, травление диэлектрического слоя до поверхности полупроводниковой структуры, формирование затвора путем заполнения барьерообразующим металлом окна в диэлектрическом слое, отличающийся тем, что перед формированием металлической маски на поверхность структуры наносят диэлектрический слой, а после формирования металлической маски проводят ее анодное окисление, уменьшая размер окна под электрод затвора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9