СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА С СУБМИКРОННЫМ ЗАТВОРОМ ШОТТКИ Российский патент 1995 года по МПК H01L21/338 

Изобретение относится к способам изготовления полупроводниковых приборов, а именно полевых транзисторов с субмикронным затвором Шоттки (ПТШ), и может быть использовано при изготовлении как дискретных ПТШ, так и интегральных микросхем.

Поскольку ПТШ предназначены для усиления высокочастотного сигнала, то основные усовершенствования технологии их изготовления направлены на то, чтобы увеличить коэффициент усиления (К_ур) и уменьшить коэффициент шума (К_ш). Для этого максимально уменьшают длину затвора и расстояние исток затвор.

Максимальное приближение истока к затвору обеспечивается при изготовлении ПТШ путем самосовмещения затвора с электродами истока и стока [1]
Минимальная длина затвора в этом способе ограничена разрешением технологии его формирования. При этом под разрешением технологии формирования структуры понимается сумма разрешающих возможностей каждой из операций, участвующих в формировании данной структуры.

Известен также способ изготовления ПТШ с так называемым "делением" затвора, по которому часть затвора (порядка половины длины с учетом разрешения технологии формирования структуры) располагают на тонком легированном (активном) слое, а часть на более толстом легированном слое, на который наносят электрод истока [2] Рабочая длина затвора уменьшается при этом в два раза по отношению к длине, которую позволяет получить разрешение применяемой технологии.

Однако часть затвора, лежащая на толстом слое, образует большую паразитную емкость между истоком и затвором, что обусловливает снижение К_ур и увеличение К_ш.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ, согласно которому на полуизолирующей подложке создают тонкий легированный слой и толстый сильнолегированный, формируют полоску диэлектрика и затем на заданном расстоянии от нее с двух сторон формируют электроды истока и стока [3] После этого самосовмещенно с полоской диэлектрика со стороны стока создают канавку в толстом слое и формируют затвор так, что часть его (порядка половины) лежит на дне канавки (канале), а часть на диэлектрической пленке. Способ также позволяет получить затвор с рабочей длиной, в два раза меньшей разрешения применяемой технологии формирования структуры, а наличие диэлектрической пленки между затвором и сильнолегированной истоковой областью уменьшает паразитную емкость затвор-исток и токи утечки затвора.

Однако при изготовлении ПТШ этим способом минимально достижимое расстояние исток затвор не может быть меньше суммы разрешающих возможностей операций формирования истока, диэлектрической полоски и затвора. Так, при применении оптических методов формирования структуры оно складывается из минимально достижимых ширины полоски диэлектрика ( ≈0,5 мкм) и расстояния от края полоски до истока (≈0,5 мкм), неровности края истока (≈0,5 мкм), неровности края полоски с двух сторон ( ≈1 мкм), неточности совмещения полоски ( ≈0,2 мкм) и неточности совмещения затвора относительно полоски ( ≈0,2 мкм). В результате в условиях производства разрешение технологии формирования структуры обеспечивает получение возможно минимального расстояния затвор исток ≈3 мкм, что ведет к увеличению сопротивления канала в области исток затвор, увеличению К_ш и уменьшению К_ур.

Целью изобретения является улучшение параметров ПТШ за счет уменьшения сопротивления канала в области исток затвор.

Цель достигается тем, что по способу изготовления ПТШ, включающему создание на полуизолирующей подложке тонкого легированного и толстого сильнолегированного слоев, формирование электродов истока, стока и полоски диэлектрика между ними, создание в толстом слое канавки, самосовмещенной с краем диэлектрической полоски, обращенной к стоку, и формирование затвора, который располагают в канавке и частично на полоске диэлектрика, сначала формируют электроды истока и стока, а полоску диэлектрика наносят шириной, равной величине разрешения применяемой технологии формирования структуры, совмещая середину полоски с краем истока. Рабочая длина затвора получается такая же, как и в прототипе, а расстояние исток затвор уменьшается до величины, которая составляет примерно половину разрешения применяемого технологического метода формирования структуры.

При изготовлении структуры транзистора предлагаемым методом середину полоски диэлектрика совмещают с краем истока, расстояние исток затвор уменьшается до половины ширины полоски диэлектрика, равной величине разрешения технологии формирования структуры. Поскольку электроды истока и стока формируются до полоски диэлектрика, то разрешение технологии складывается из половины минимальной ширины полоски, неточности совмещения полоски относительно истока, затвора относительно полоски и неровности края полоски диэлектрика, обращенного к канавке. В случае оптических методов формирования структуры, разрешение которых составляет 0,5-0,6 мкм, эта величина составит ≈ 0,25 + +0,2 + 0,2 + 0,5 мкм 1,2 мкм. Таким образом, расстояние исток затвор, равное 1,2 мкм, в 2-2,5 раза меньше, чем в способе прототипе, что приводит к уменьшению сопротивления части канала между истоком и затвором и, следовательно, улучшает такие параметры транзистора, как К_ур и К_ш. Одновременно за счет полной пассивации наиболее чувствительной части поверхности прибора повышается его устойчивость к воздействию внешней среды.

На фиг. 1-5 приведена технологическая схема изготовления ПТШ в соответствии с предлагаемым способом.

П р и м е р. На полуизолирующей пластине арсенида галлия эпитаксиальным наращиванием или ионным легированием создают тонкий n-слой с концентрацией (2-3) x 10¹⁷ см^-3 и n⁺-слой с концентрацией носителей (1,5-2,0) х 10¹⁸ см^-3. Все элементы структуры формируются с использованием стандартного отечественного оборудования оптической литографии. Сначала напылением вплавлением системы AuGe-Au формируют электроды истока и стока. Расстояние исток сток 3 мкм. Затем формируют полоску SiO₂ шириной 2,4 мкм и толщиной 0,2 мкм, расположенную так, что 1,2 мкм закрывает часть канала, а 1,2 мкм расположены на электроде истока. После этого вытравливают канавку и формируют алюминиевый затвор длиной 0,5 мкм таким образом, что часть затвора длиной 0,25 мкм лежит на полоске SiO₂, а другая часть (0,25 мкм) лежит в канавке и является рабочей частью затвора. На частоте 12 ГГц выигрыш в уровне К_ш составляет 0,2-0,3 дБ, а в уровне К_ур 1-2 дБ.

Лучшие образцы изготовленных данным способом транзисторов в корпусе имеют К_шмин 0,9-1,0 дБ и К_уропт 10-11 дБ на частоте 12 ГГц. Лучшие образцы серийного отечественного транзистора ЗП343А-2 на этой частоте имеют К_шмин 1,4-1,5 дБ и К_уропт 8-9 дБ. Лучший серийный зарубежный образец MESFET (по состоянию на 1990 г.) MGF1405 имеет К_шмин 1,2 дБ и К_уропт 13 дБ.

Использование: в микроэлектронике при изготовлении полевых транзисторов с субмикронным затвором Шоттки. Сущность изобретения: способ изготовления полевых транзисторов с субмикронным затвором Шоттки включает формирование тонкого легированного и толстого сильнолегированного слоев на полуизолирующей подложке, формирование электродов истока и стока, нанесение между электродами полоски диэлектрика, ширина которой равна величине разрешения используемого технологического метода, а середина совмещена с краем электрода истока, создание в сильнолегированном слое канавки, край которой совмещен с краем полоски диэлектрика, обращенным к стоку, и формирование затвора, располагающегося в канавке и частично на полоске диэлектрика. Способ позволяет уменьшить коэффициент шума и повысить коэффициент усиления. 5 ил.

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА С СУБМИКРОННЫМ ЗАТВОРОМ ШОТТКИ, включающий формирование активной структуры путем нанесения на полупроводниковую полуизолирующую подложку легированного и сильнолегированного слоев, причем толщина сильнолегированного слоя превышает толщину легированного слоя, формирование на поверхности структуры полоски слоя диэлектрика шириной, равной величине разрешения технологии формирования структуры, формирование электродов истока и стока, вытравливание в сильнолегированном слое канавки, самосовмещенной с краем полоски слоя диэлектрика со стороны электрода стока, формирование затвора, частично расположенного на дне канавки, а частично на слое диэлектрика, отличающийся тем, что электроды истока и стока формируют перед формированием полоски слоя диэлектрика, а при формировании полоски слоя диэлектрика ее середину совмещают с краем электрода истока.