Способ изготовления полупроводниковых приборов

 

Использование: в полупроводниковой технике для изготовления полевых транзисторов Шоттки с грибообразным затвором. Сущность изобретения: барьерный слой затвора формируют методом "взрыва". Наращивают затвор осаждением из электролита металлов разделительного слоя и золота при интенсивном освещении пластины. Слои ванадия и никеля напыляют соответственно толщиной и .

Предлагаемое изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано при изготовлении полевых транзисторов Шоттки на арсениде галлия.

Известен способ изготовления полупроводниковых приборов, включающий формирование утолщенных электродов транзистора.

На полупроводниковой пластине создают омические контакты транзисторов, проводят меза-изоляцию, создают фоторезистивную маску с рисунком затвора и окнами над контактами. Проводят травление подзатворных областей для получения необходимых токов насыщения. Поверх фоторезистивной маски напыляют тонкой слой затворной металлизации, на котором создают вторую маску с расширенным рисунком затвора для гальванического наращивания. На краю пластины создают электрический контакт к металлической пленке. Пластину погружают в электролит. Процесс гальванического осаждения проводят, используя в качестве токоподвода пленку затворной металлизации. Затем фоторезистивные слои удаляют в органическом растворителе.

Недостаток способа заключается в том, что тонкий слой затворной металлизации не обеспечивает равномерного осаждения на разноудаленных от внешнего контакта участках пластины из-за высокого сопротивления металлической пленки. Кроме того, из-за недостаточной адгезии фоторезиста к поверхности металла происходит осаждение металла под краем фоторезистивной маски, что искажает геометрию формируемого затвора.

Наиболее близким к изобретению является способ изготовления полупроводниковых приборов (прототип), включающий формирование затвора осаждением из электролита.

На полуизолирующей пластине арсенида галлия с активным слоем n⁺ n n^-_б i-типа проводят электрическую изоляцию активных областей меза-травлением.

Формируют канал транзисторов анодным вытравливанием n⁺ слоя.

Формируют Au-Ge омические контакты осаждением из электролита.

Наносят слой SiO₂ толщиной ≈ 0,4 мкм.

Создают резистивную маску с рисунком затвора. Удаляют диэлектрик в окнах маски направленным плазмохимическим травлением. Удаляют резист в органическом растворителе. Формируют грибообразный затвор последовательным осаждением из электролита Re-W и Au. Далее формируют защитный слой SiO₂, создают разводку электрохимическим осаждением золота.

Недостаток способа заключается в том, что используемые для осаждения Re-W компоненты электролита KReO₄, Na₂WO₄ являются дефицитными, дорогостоящими реактивами. Кроме того, наличие контактных площадок на мезе затрудняет наращивание затворных участков на активных областях из-за шунтирования электролитической цепи.Этот эффект обусловлен отсутствием на мезе обратно смещенного i-n-перехода, возникающего на границе активного слоя с подложкой (в процессе осаждения через пластину протекает сквозной ток). В результате на мезе формируется слой затворной металлизации значительно большей толщины, чем на активных областях, что неэкономично.

В предлагаемом способе изготовления полупроводниковых приборов на полуизолирующей пластине арсенида галлия с активным слоем проводят изоляцию активных областей, формируют омические контакты транзисторов, формируют канал, наносят слой диэлектрика, создают резистивную маску с рисунком затвора, удаляют диэлектрик в окнах маски, удаляют резист в органическом растворителе, формируют затвор.

Отличие состоит в том, что после удаления диэлектрика напыляют последовательно слои ванадия 700-1200 , никеля 200-700 , а после удаления резиста наращивают затвор последовательным осаждением из электролита никеля и золота при интенсивном освещении осаждаемой стороны пластины.

Для конкретного примера реализации данного способа используют полуизолирующие пластины арсенида галлия с активным слоем n₁⁺ n^- n₂⁺- n^-_б i-типа концентрации n₁⁺ 2˙10¹⁸ ат/см³, n^- 1˙10¹⁵ ат/см³ n₂⁺1,8 ˙10¹⁸ ат/см³ толщиной d= 600 d= 1000 d= 50 d ≈ 0,5 мкм.

Создают фоторезистивную маску, защищающую активные области полупроводниковых приборов. Меза-травлением осуществляют электрическую изоляцию активных областей. Глубина мезы ≈0,8 мкм.

Электрическим осаждением по фоторезистивной маске формируют омические Au-Ge контакты истока и стока. Вплавляют контакты на установке лампового отжига "Импульс-5".

Формируют канал химическим вытравливанием n₁⁺ слоя полупроводника между контактами истока и стока транзисторов.

Наносят слой SiO₂ толщиной ≈ 0,4 мкм.

Создают фоторезистивную маску с рисунком затвора на активных областях и мезе. Используют фоторезист ФП-201. Удаляют диэлектрик в окнах маски направленным плазмохимическим травлением на установке 08ПХО-100Т-005 в среде C₃F₈, Р ≈ 3-5 Па, W ≈500 Вт за t 30 мин.

Затворный рисунок в маске переносится в слой диэлектрика с увеличением исходных размеров на 300-400 .

Проводят обработку пластин в растворе NH₄OH H₂O 1:100 за t 20 с для удаления естественного окисла на поверхности полупроводника.

Напыляют последовательно барьерный слой ванадия 1000 и разделительный слой никеля 400 . Слой ванадия 700-1200 образует барьер Шоттки на поверхности полупроводника. При толщинах пленки ванадия ≳ 1500 имеет место ее отслаивание из-за сильных механических напряжений. При толщинах ≲ 400 ухудшается качество формируемого барьера.

Разделительный слой никеля 200-700 , формируемый напылением, служит матрицей для последующего наращивания затвора осаждением из электролита никеля и золота.

На барьерный слой ванадия никель и золото не осаждаются.

Напыление слоя никеля толщиной ≳ 800 нецелесообразно, так как затрудняется удаление резистивной маски при "взрыве".

При толщинах ≲ 100 пленка имеет островковую структуру, что затрудняет электрохимическое осаждение последующих слоев затвора.

Удаляют резист с металлической пленкой на его поверхности растворением в диметилформамиде.

Пластину устанавливают в электрохимическую ячейку горизонтально осаждаемой стороной вверх. Создают электрический контакт к обратной полуизолирующей стороне пластины в растворе электролита при освещении.

Используют электролит состава NH₄H₂PO₄ 0,3 г H₃PO₄ (85%) 1 мл H₂O 100 мл.

Величина освещенности ≈100000 люкс. В отсутствие освещения сквозной ток через пластину не протекает, осаждение не происходит.

Верхнюю часть кассеты с пластиной заполняют электролитом для осаждения никеля
Ni₂SO₄ 0,9 г
H₂O 100 мл.

Осаждают никель при интенсивном освещении пластины в режиме импульсного тока: величина освещенности ≈ 100000 люкс, амплитуда тока 8 мА, длительность импульса 50 мс, паузы 10 мс, продолжительность процесса t 3 мин. Толщина осажденного слоя ≈300 . Формирование слоя никеля толщиной больше 800 нецелесообразно из-за возникновения сильных напряжений в осадке.

Минимальная толщина определяется размером зазора между барьерным слоем затвора и слоем диэлектрика (осаждением никеля заращивают зазор).

Электрохимически осаждаемый разделительный слой никеля предотвращает попадание золота на открытую поверхность пластины, а также диффузию золота в барьерный слой ванадия. Осаждение никеля на поверхность полупроводника (по периметру барьерного слоя в канале) характеристик затвора не ухудшает.

Последующее осаждение золота проводят в электролите состава
KAu(CN)₂ 1 г
Лимонная кислота 11 г
H₃PO₄ (85%) 1,4 мл
NH₄OH (25%) 10 мл
H₂O 100 мл при интенсивном освещении пластины в режиме импульсного тока: величина освещенности ≈100000 люкс, амплитуда тока 12 мА, длительность импульса 50 мс, паузы 10 мс, продолжительность процесса t 15 мин.

В отсутствие освещения осаждение металла происходит на контактных площадках, расположенных на поверхности вытравленной мезы. Это обусловлено наличием обратно смещенного i-n-перехода на границе активного слоя с подложкой, а также большим сопротивлением затворного слоя V-Ni. В результате катодный потенциал на затворный участок в канале не передается.

При освещении пластины сопротивление i-n-перехода уменьшается, катодные потенциалы на мезе и активном слое выравниваются. После наращивания электропроводного слоя золота на затворах освещение пластины на процесс осаждения не влияет.

Золото заполняет полностью затворную щель в маске и растет на внешней поверхности SiO₂. В результате формируется затвор грибообразной формы.

Далее наносят защитный слой SiO₂ ≈0,7 мкм. С помощью фотолитографии и травления SiO₂ формируют островки защитного слоя над областью канала транзисторов.

Предлагаемый способ позволяет формировать грибообразные затворы большой проводимости с напыленным барьерным слоем ванадия. Напыление ванадия является широко применяемой технологической операцией, в то время как для электрохимического осаждения Re-W необходимы дефицитные дорогостоящие компоненты.

Разделительные слои никеля, формируемые напылением и осаждением из электролита, препятствуют диффузии золота в барьерный слой затвора, что способствует увеличению его термостабильности.

Осаждение из электролита никеля и золота при интенсивном освещении пластины позволяет наращивать затворный слой равномерной толщины при наличии шунтирующих контактных площадок, расположенных на мезе (или на изолированных ионами участках пластины в случае планарной изоляции).

Формируемый на подслое никеля осадок золота обладает плотной мелкозернистой структурой, что обусловлено большим количеством зародышей металла, возникающих на никелевой матрице в начальный период осаждения.

Хорошая адгезия к никелю позволяет наращивать слой золота большой толщины.

Осаждение золота из электролита экономично, так как осуществляется только в тех областях, где необходимо.

Формула изобретения

Способ изготовления полупроводниковых приборов на полуизолирующей пластине арсенида галлия с активным слоем, включающий изоляцию активных областей, вытравливание канала, формирование омических контактов транзисторов, нанесение слоя диэлектрика, создание резистивной маски с рисунком затвора, удаление диэлектрика в окнах маски, удаление резиста в органическом растворителе, формирование барьерного слоя затвора, наращивание затвора электрохимическим осаждением золота, отличающийся тем, что канал вытравливают после формирования омических контактов, после удаления диэлектрика напыляют барьерный слой ванадия величиной слой никеля величиной наращивают затвор последовательным осаждением из электролита никеля и золота при интенсивном освещении осаждаемой стороны пластины.