Способ изготовления свч полевого мощного псевдоморфного транзистора



Способ изготовления свч полевого мощного псевдоморфного транзистора
Способ изготовления свч полевого мощного псевдоморфного транзистора

 


Владельцы патента RU 2633724:

Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС" (Госкорпорация "РОСКОСМОС") (RU)

Изобретение относится к технологии изготовления полевых транзисторов. Способ изготовления СВЧ мощного полевого псевдоморфного транзистора на гетероэпитаксиальной структуре AlGaAs/InGaAs/GaAs заключается в том, что формируют субмикронный Т-затвор с применением оптической литографии. При формировании основания субмикронного Т-затвора используют двухслойную маску из диэлектрика и фоторезиста. Контролируемо оплавляют вышележащий слой маски из фоторезиста и сужают окно в нижележащем слое из диэлектрика, определяющем размер основания субмикронного Т-затвора. Далее уменьшают его до размеров, сопоставимых разрешению электронно-лучевой литографии. Техническим результатом является существенное повышение мощности СВЧ транзистора до уровня мощного при одновременном увеличении его быстродействия. 4 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к технологии изготовления полевых СВЧ транзисторов Шоттки, а именно к способам формирования мощных полевых транзисторов мм-диапазона длин волн на эпитаксиальных структурах полупроводниковых соединений группы А3 В5.

Уровень техники

Известен способ изготовления мощного СВЧ полевого транзистора с затвором Шоттки на гомоэпитаксиальной структуре арсенида галлия, согласно которому на поверхностном контактном n+-слое формируются электроды истока и стока транзистора, а между ними на нижележащем активном n-слое, посредством напыления и травления металлической пленки под углом к лицевой поверхности эпитаксиальной структуры в сторону истока и под углом - в сторону стока, формируется затвор транзистора /1/. Недостатком этого способа является то, что из-за невозможности получить длину затвора менее 1 мкм, быстродействие этого транзистора ограничивается см-диапазоном длин волн, а его выходная мощность - низкими значениями проводимости n-канала и пробивного напряжения затвор-сток.

Известен способ изготовления мощного СВЧ полевого транзистора на псевдоморфной эпитаксиальной гетероструктуре /2/. Недостатки этого способа - такие же, как и в первом случае, за исключением повышенной мощности транзистора, обеспечиваемой свойствами исходного материала.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ изготовления на эпитаксиальной структуре арсенида галлия полевого СВЧ транзистора с субмикронным Т-образным затвором /3/. Такая конструкция затвора позволяет значительно увеличить быстродействие транзистора (вплоть до 100 ГГц и более) за счет сокращения длины затвора до минимальных (≤0,3 мкм) размеров, но не решает проблему повышения его мощности до уровня мощного транзистора (более 1 Вт).

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является создание технологии изготовления мощного и быстродействующего СВЧ транзистора на мм-диапазон длин волн, как базового активного элемента бескорпусных малогабаритных СВЧ модулей усилителей мощности.

Техническим результатом является существенное повышение мощности СВЧ транзистора до уровня мощного при одновременном увеличении его быстродействия.

Технический результат достигается тем, что способ изготовления СВЧ мощного полевого псевдоморфного транзистора на гетероэпитаксиальной структуре AlGaAs/InGaAs/GaAs, заключающемся в том, что формируют субмикронный Т-затвор с применением оптической литографии, при формировании основания субмикронного Т-затвора используют двухслойную маску из диэлектрика и фоторезиста, контролируемо оплавляют вышележащий слой маски из фоторезиста и сужают окно в нижележащем слое из диэлектрика, определяющем размер основания субмикронного Т-затвора, далее уменьшают его до размеров, сопоставимых разрешению электронно-лучевой литографии.

Производится выбор и определение параметров исходной псевдоморфной гетероструктуры InGaAs/AlGaAs/GaAs, а также разработка и реализация ряда конструктивно-технологических решений по созданию на этом материале полевого транзистора Шоттки с длиной затвора менее 1 мкм.

Фундаментальным основанием для успешного решения этой задачи является формирование канала транзистора с высокой подвижностью электронов вблизи границы раздела слоев InGaAs/AlGaAs, значительно отличающихся шириной запрещенной зоны. За счет этого различия в области канала транзистора формируется узкая «квантовая яма», в пределах которой благодаря квантово-механическому эффекту переноса носителей заряда без их теплового рассеяния на узлах и дефектах кристаллической решетки полупроводника, резко увеличивается дрейфовая скорость электронов и плотность тока, что благоприятно сказывается на увеличении быстродействия и мощности транзистора.

Критически важным фактором, определяющим быстродействие транзистора, является длина проводящего канала под затвором. При реализации мощного транзистора на мм-диапазон длин волн, необходимость получить минимальную субмикронную длину затвора вступает в противоречие с необходимостью иметь достаточно большую его ширину для пропускания больших токов. Поэтому затворы транзисторов с высокой выходной мощностью зачастую имеют многозвенную (гребенчатую) структуру, что негативно сказывается на рабочих характеристиках транзистора из-за значительного роста токов утечки по затвору. Однако задача по реализации мощного СВЧ транзистора с субмикронным затвором облегчается при Т-образной конструкции последнего.

Для изготовления полевых СВЧ транзисторов на высокий частотный диапазон (до 100 ГГц и выше) обычно применяется трудоемкая электроннолучевая литография, которая к тому же требует значительных расходов на приобретение материалов и оборудования, что в конечном итоге негативно отражается на объемах производства и цене конечной продукции. Но ее применение обусловлено высоким линейным разрешением до 0,2 мкм, что не достижимо для традиционной фотолитографии с предельным разрешением более 0,3-0,5 мкм.

Суть предлагаемого изобретения заключается в способе изготовления на пластине псевдоморфной гетероструктуры InGaAs/AlGaAs/GaAs мощного СВЧ полевого транзистора Шоттки с субмикронным Т-затвором посредством исключительно оптической литографии. Процесс формирования Т-затвора базируется на двух технологических приемах: плазмохимическом травлении диэлектрика по фоторезистивной маске и формировании затворной металлизации методом обратной фотолитографии.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлена схема строения и профиль легирования пластины эпитаксиальной гетероструктуры AlaAs/InGaAs/GaAs для изготовления р-НЕМТ, где:

1 - Эпитаксиальная гетероструктура AlaAs/InGaAs/GaAs.

2 - n+ - слой AlGaAs, где Nd=(6-8)⋅1018 см-3, толщина слоя d=(0,6-0,8) мкм.

3 - n - слой InGaAs, где Nd=(1-5)⋅1018 см-3, толщина слоя d=(0,1-0,2)мкм.

4 - спейсер - слой InAlAs, где толщина слоя d=(0,5-0,8) мкм.

5 - буферный слой InGaAsSb, где Nd=(1-5)⋅1014 см-3, толщина слоя d=(1-2) мкм.

6 - Полуизолирующая подложка i-GaAs.

На фиг. 2 представлена топологическая модель ячейки р-НЕМТ в разрезе с ограничительными размерами, где:

7 - hoc - толщина металлизации ~(0,1-0,2) мкм.

8 - Lис - расстояние исток-сток ~(1,8-2,2) мкм.

9 - Lз - длина затвора транзистора ~(0,2-0,4) мкм.

10 - hз - толщина затворной металлизации ~(0,4-0,5) мкм.

11 - Исток.

12 - Сток.

13 - Затвор.

14 - SiO2 - Защитная диэлектрическая пленка.

На фиг. 3 (а, б, в, г) представлена последовательность формирования субмикронного Т-образного затвора р-НЕМТ с применением фотолитографии, где:

15 - Si3N4 - диэлектрик.

16 - ФП-4 - резистивная маска.

17 - ФП-051Т - двухслойная резистивная маска.

18 - Ti-Au-V - затвор из многослойной металлизации.

На фиг. 4 представлено изображение сечения затвора опытного образца р-НЕМТ, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM).

Осуществление изобретения

Для изготовления мощных СВЧ псевдоморфных транзисторов (р-НЕМТ) используются пластины эпитаксиальных структур AlGaAs/InGaAs/GaAs, предъявляемые требования к свойствам которых можно увидеть на Фиг. 1.

Топологическая модель р-НЕМТ с указанием конструктивно-технологических ограничений по реализации этой модели на стадии формирования металлизации затвора, на примере одного звена (ячейки) гребенчатого затвора представлена на Фиг. 2. Реальная конструкция транзистора может содержать несколько таких ячеек, в зависимости от требований к величине выходной мощности.

Процесс изготовления р-НЕМТ состоит из двух технологических блоков. Вначале формируются электроды истока и стока, а затем между ними - затвор. Исток (И) и сток (С) изготавливаются из многослойной металлической пленки AuGe-Ni-Au, а Т-затвор - из многослойной металлизации Ti-Au-V.

Последовательность формирования Т-затвора с помощью обратной фотолитографии представлена на Фиг. 3. На пластину гетероструктуры наносится диэлектрик Si3N4 толщиной 0,2 мкм, после чего формируется резистивная маска (ФП-4) с размером окна в резисте 0,3 мкм (см. Фиг. 3 а, б). Далее проводится импульсно-лучевая термообработка резиста, при которой он оплавляется и происходит сужение затворной щели до 0,2 мкм, и затем - плазмохимическое травление Si3N4 в атмосфере SF6/O2. Размер полученной щели определяет длину основания Т-затвора р-НЕМТ.

Для получения Т-образной формы затвора формируется двухслойная резистивная маска (ФП-051Т/ФП-4), определяющая размер и положение «шляпки» затвора. После этого посредством напыления затворной металлизации и удаления резистивной маски (см. фиг. 3 в, г) формируется непосредственно сам Т-затвор.

Подтверждение факта получения Т-затвора с длиной основания менее 0,2 мкм можно найти на фиг. 4, где представлено изображение сечения затвора опытного образца р-НЕМТ, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM). Полученная длина основания затвора (0,15 мкм) лишь незначительно уступает этому параметру (0,13 мкм) зарубежного аналога, полученного фирмой TriQuint (США) с применением электроннолучевой литографии.

После формирования топологических элементов р-НЕМТ транзистор покрывается защитной диэлектрической пленкой (SiO2) и проводится низкоэнергетическая имплантация ионов бора (+В11) при энергии ускорения 40 кэВ и дозе ≈2⋅1012 см-3, вследствие чего в приповерхностных слоях промежутков исток-затвор и сток-затвор возникают ловушки неконтролируемых примесей. Таким образом, компенсационная имплантация акцепторных ионов бора способствует подавлению утечек по затвору и увеличению пробивного напряжения затвор-сток транзистора.

В результате с применением исключительно оптической литографии получен мощный СВЧ полевой транзистор с субмикронным (до 0,2 мкм) затвором на мм-диапазон длин волн (с максимальной рабочей частотой до 100 ГГц с выходной мощностью более 1 Вт).

Источники информации

1. Патент Российской Федерации №2361319.

2. Заявка США на изобретение US 2011031530.

3. Патент Российской Федерации №2436186.

Способ изготовления СВЧ мощного полевого псевдоморфного транзистора на гетероэпитаксиальной структуре AlGaAs/InGaAs/GaAs, заключающийся в том, что формируют субмикронный Т-затвор с применением оптической литографии, отличающийся тем, что при формировании основания субмикронного Т-затвора используют двухслойную маску из диэлектрика и фоторезиста, контролируемо оплавляют вышележащий слой маски из фоторезиста и сужают окно в нижележащем слое из диэлектрика, определяющем размер основания субмикронного Т-затвора, далее уменьшают его до размеров, сопоставимых разрешению электронно-лучевой литографии.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления полевого транзистора с пониженными токами утечки.

Изобретение относится к электронной технике и предназначено для создания дискретных приборов и сверхвысокочастотных интегральных схем с использованием полевых транзисторов.

Изобретение относится к области полупроводниковой техники. Способ изготовления мощного СВЧ-транзистора включает нанесение на фланец слоя припоя, формирование пьедестала, нанесение подслоя, обеспечивающего крепление кристалла транзистора к пьедесталу, формирование на базовой подложке из монокристаллического кремния p-типа проводимости, ориентированного по плоскости (111), вспомогательных эпитаксиальных слоев, нанесение базового слоя и буферного слоя для выращивания эпитаксиальной структуры полупроводникового прибора на основе широкозонных III-нитридов, нанесение на базовый слой теплопроводящего CVD поликристаллического алмаза, удаление базовой подложки вместе со вспомогательными эпитаксиальными слоями до базового слоя, наращивание на базовом слое гетероэпитаксиальной структуры на основе широкозонных III-нитридов и формирование истока, затвора и стока.

Изобретение относится к технологии полупроводниковых устройств. В способе формирования электронного устройства удаляют фоторезист с по меньшей мере одной поверхности проводящего слоя с использованием смеси реактивов, которая содержит первый материал самоорганизующегося монослоя и реактив для удаления фоторезиста, таким образом осаждают самоорганизующийся монослой на по меньшей мере одну поверхность указанного проводящего слоя и осаждают полупроводниковый материал на самоорганизующийся монослой, нанесенный на проводящий слой, без озонной очистки проводящего слоя.

Изобретение относится к области полупроводниковой техники. Полупроводниковый прибор включает утоненную подложку из монокристаллического кремния р-типа проводимости, ориентированного по плоскости (111), с выполненным на ней буферным слоем из AlN, поверх которого выполнена теплопроводящая подложка в виде осажденного слоя поликристаллического алмаза толщиной, равной по меньшей мере 0,1 мм, на другой стороне подложки выполнена эпитаксиальная структура полупроводникового прибора на основе широкозонных III-нитридов, исток из AlGaN, затвор, сток из AlGaN, омические контакты к истоку и стоку, припой в виде слоя, включающего AuSn, медный пьедестал и фланец.

Изобретение относится к электронной технике. .

Изобретение относится к электронной технике. .

Изобретение относится к электронной технике и предназначено для создания дискретных приборов или сверхвысокочастных интегральных схем на полевых транзисторах. .

Изобретение относится к электронной технике, а именно к способам изготовления мощных транзисторов СВЧ и МИС на их основе. .
Наверх