СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ПРИБОРА Российский патент 1995 года по МПК H01L29/26 

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.

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.

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.