СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ Российский патент 1996 года по МПК H01L21/28 

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

Известен способ изготовления полупроводниковых приборов, включающий формирование затвора с барьерным слоем ванадия [1]
На пластине арсенида галлия с активным слоем n⁺-n-n-б

i-типа формируют меза-структуры, электрохимически осаждают омические Au-Ge контакты, формируют травлением канал транзистора, создают резистивную маску с открытым рисунком затвора, термическим напылением V-Au-V и последующим удалением маски в органическом растворителе формируют затвор.

Недостаток способа заключается в том, что при "взрыве" затвора большая часть напыленного золота удаляется вместе с резистивной маской, что неэкономично. В процессе термического напыления и последующих термообработок золото диффундирует в барьерный слой ванадия и полупроводник, в результате увеличивается обратный ток затвора, снижается пробивное напряжение транзистора.

Наиболее близким к предлагаемому является способ изготовления полупроводниковых приборов [2]
На пластине арсенида галлия с активным слоем n⁺-n-n-б

i-типа формируют меза-структуру, формируют канал транзистора анодным окислением, электрохимически осаждают Au-Ge контакты по маске анодного окисла в канале, вплавляют контакты, удаляют анодный окисел в канале, создают защитную маску SiO₂ с рисунком затвора, электрохимически осаждают барьерный Re-W слой затвора и золото.

Недостаток способа заключается в том, что для осаждения из электролита барьерного слоя тугоплавких металлов Re, W необходимы дефицитные дорогостоящие реактивы KReO₄ и NH₄WO₄.

В предлагаемом способе изготовления полупроводниковых приборов на полуизолирующей пластине арсенида галлия с активным слоем проводят изоляцию активных областей, создают омические контакты транзисторов, формируют канал, барьерный слой затвора, наращивают затвор электрохимическим осаждением золота.

Отличие состоит в том, что после формирования канала напыляют последовательно слои ванадия 700-1200 , никеля 300-600 , маскирующего ванадия 400-700 , создают фоторезистивную маску с рисунком затвора, удаляют верхний слой ванадия, после электрохимического осаждения золота удаляют фоторезист, плазмохимически удаляют слои ванадия, а слой никеля стравливают в растворе азотной кислоты.

Для конкретного примера реализации способа используют пластины арсенида галлия с активным слоем n+1

-n^- n+2-n_б i-типа концентрации:
n+1 2 ·10¹⁸ ат/см³;
n^- 1·10¹⁵ ат/см³;
n+2 1,8 ·10¹⁸ ат/см³; толщиной:
d 600
d_n- 1000
d 50
d ≈ 0,5 мкм.

Создают фоторезистивную маску, защищающую активные области полупроводниковых приборов. Меза-травлением осуществляют электрическую изоляцию активных областей. Глубина травления примерно 0,8 мкм. Электрохимическим осаждением по фоторезистивной маске формируют омические Au-Ge контакты истока и стока. Вплавляют контакты на установке лампового отжига "Импульс-5".

Формируют канал химическим вытравливанием n+1

слоя полупроводника между контактами истока и стока транзисторов.

Напыляют последовательно слои ванадия 800 , никеля 400 , ванадия 400 . Нижний слой ванадия 700-1200 образует барьер Шоттки на поверхности полупроводника. При толщинах пленки ванадия 1500 механические напряжения приводят к ее отслаиванию. При толщинах 400 ухудшается качество формируемого барьера, увеличивается обратный ток затвора. Слой никеля 300-600 препятствует диффузии золота в барьерный слой ванадия и полупроводник. Напыление слоя никеля толщиной 700 нецелесообразно из-за увеличения бокового растрава при последующем его удалении. При толщинах 200 не обеспечивается разделения барьерного слоя ванадия и золота. Верхний слой ванадия 400-700 необходим для маскирования при электрохимическом осаждении золота. При толщинах 300 происходит подосаждение золота под край маски, нарушающее геометрию формируемого затвора. При толщинах 800 возрастают механические напряжения в пленке V-Ni-V, что приводит к ее отслаиванию. Создают фоторезистивную маску с рисунком затвора на активных областях и изолирующих участках пластины. Используют фоторезист ФП-201. Удаляют верхний слой ванадия в растворе H₂O₂ ·H₂O 5:300 за 3 мин. Последующий слой никеля травлению не подвергается. Пластину устанавливают в кассету горизонтально. Создают электролитический контакт к нижней полуизолирующей стороне пластины в растворе:
H₃PO₄ (85%) 1 мл
NH₄H₂PO₄ 0,3 г
H₂O 100 мл при освещении. Величина освещенности составляет примерно 100000 люкс. При отсутствии освещения полуизолирующей стороны сквозной ток через пластину не протекает.

Верхнюю часть кассеты заполняют электролитом для осаждения золота состава:
KAu(CN)₂ 1 г
Лимонная кислота 11 г
H₃PO₄ (85%) 1,4 мл
NH₄OH (25%) 10 мл
H₂O 100 мл
Осаждают золото на подслой никеля в режиме импульсного тока: амплитуда тока 12 мА, длительность импульса 50 мс, паузы 10 мс, продолжительность процесса t 15 мин. Двухслойная маска фоторезиста и ванадия обеспечивает получение затвора с хорошей геометрией края. Подосаждения золота под маску не происходит. Это обусловлено тем, что пленка ванадия создает дополнительное сопротивление в цепи сквозного тока через пластину. При осаждении золота на ванадий образуется рыхлый осадок со слабой адгезией к матрице. Осаждение металла над областью канала и над изолирующими участками пластины происходит равномерно. Это обусловлено протеканием через пластину сквозного тока и дополнительным перераспределением потенциала на вспомогательном слое V-Ni-V.

Сквозной ток протекает только через полуизолирующие участки пластины, так как на границе активной области с подложкой действует обратно смещенный i-n-переход. Локальное выравнивание потенциала осаждения в области меза-островка происходит за счет вспомогательного слоя, имеющего большую площадь поверхности. При формировании контакта на краю пластины проводимость вспомогательного слоя V-Ni-V недостаточна для равномерного осаждения по всей площади пластины.

Удаляют фоторезистивную маску в органическом растворителе. Плазмохимическим травлением удаляют верхний слой ванадия по маске осажденного золота. Используют установку 08ПХО-100Т-001: газовая среда CF₄, Р ≈65 Па, длительность процесса 1 мин. Последующий слой никеля400 удаляют в растворе азотной кислоты HNO₃ (47% ) H₂O 1:20 за t 1,5 мин. Использование других кислот для удаления никеля нецелесообразно, так как травление в них происходит значительно медленнее. Слой никеля 400 удаляется в растворах:
HCl (36%) H₂O 1:10 за t ≈ 20 мин;
H₂SO₄ (93%) H₂O 1:10 за t ≈ 30 мин;
H₂PO₄ (85%) H₂O 1:10 за t ≈ 30 мин.

В растворах щелочей NH₄OH и KOH никель не травится. Длительный процесс травления никеля приводит к отслаиванию затвора. Для удаления верхнего слоя ванадия жидкостное травление нецелесообразно. В растворах кислот и щелочей ванадий химически устойчив, а при удалении ванадия в растворе перекиси водорода (в растворе H₂O₂ (30% ) H₂O 5:300 слой ванадия толщиной ≈0,1 мкм стравливается за 3 мин) происходит пассивирование перекисью последующего слоя никеля. Травление пассивированного никеля (~ 400 ) в используемом растворе азотной кислоты HNO₃ (47%) H₂O 1:20 происходит значительно медленнее ( ≈ в 15 раз) за t ≈20 мин. Оставшийся нижний слой ванадия удаляют плазмохимически на установке 08ПХО-100Т-001 в среде CF₄, Р ≈ 65 Па, за t 1 мин.

Изготовленные транзисторы с каналом шириной ≈ 100 мкм имели ток насыщения ≈25 мА/3В, неотсекаемый ток 1 мкА, обратный ток затвора 0,5 мкА/12В, пробивное напряжение 18 В.

Предложенный способ изготовления транзисторов экономичен, так как нет необходимости в напылении золота. Наращивание затвора осуществляется локально, только там, где это необходимо. Барьерный слой затвора формируют, используя широко применяемую операцию термического напыления ванадия, в то время как для электрохимического осаждения Re, W необходимы дефицитные дорогостоящие реактивы. Разделительный слой никеля препятствует диффузии золота в барьерный слой ванадия и полупроводник, что способствует увеличению термостабильности затвора. Формируемый на подслое никеля осадок золота обладает плотной мелкозернистой структурой. Хорошая адгезия к никелю позволяет наращивать слой золота большой толщины.

Использование: в полупроводниковой технике для изготовления мощных транзисторов Шоттки с электрохимически наращиваемым затвором. Сущность изобретения: барьерный и разделительный слои затвора наносят термическим напылением. Электрохимическим осаждением золота наращивают затвор. По маске осажденного золота удаляют напыленные слои металлов. Толщины напыленных слоев выбирают в следующих интервалах, ангстрем: ванадий 700 - 1200; никель 300 - 600; максирующий ванадий 400 - 700.

Способ изготовления полупроводниковых приборов на полуизолирующей пластине арсенида галлия с активным слоем, включающий изоляцию активных областей, вытравливание канала, создание омических контактов транзисторов, формирование барьерного слоя затвора, наращивание затвора электрохимическим осаждением золота, отличающийся тем, что канал вытравливают после создания омических контактов, напыляют последовательно барьерный слой ванадия слой никеля маскирующий слой ванадия создают фоторезистивную маску с рисунком затвора, удаляют маскирующий слой ванадия, после электрохимического осаждения золота удаляют фоторезист, плазмохимически удаляют слои ванадия, а слой никеля стравливают в растворе азотной кислоты.