СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ПРИБОРА С Т-ОБРАЗНЫМ УПРАВЛЯЮЩИМ ЭЛЕКТРОДОМ СУБМИКРОННОЙ ДЛИНЫ Российский патент 2002 года по МПК H01L21/338 

Изобретение относится к области микро- и наноэлектроники и может быть использовано при производстве как полупроводниковых приборов и интегральных схем, так и приборов функциональной микроэлектроники: магнитоэлектроники, оптоэлектроники, акустоэлектроники, ПЗС и др.

Известен способ получения прибора с Т-образным электродом с использованием электронно-лучевой литографии и трехслойного резиста [1].

Недостатками этого способа являются высокая трудоемкость, невозможность точного воспроизведения заданного субмикронного размера в трехслойном резисте, дороговизна и недостаточная устойчивость формируемых электродов в процессе проведения "взрывной" литографии.

Известен способ изготовления полупроводникового прибора с Т-образным субмикронным управляющим электродом с использованием двукратного экспонирования обычной фотолитографией и электрохимического осаждения металла [2].

Недостатки этого способа - проведение двукратного экспонирования с перемещением шаблона приводит к невоспроизводимости одинаковых субмикронных размеров по пластине, еще большей невоспроизводимости от пластины к пластине, а формирование второй фоторезистивной маски для электрохимического осаждения металла приводит к частичному растворению и, следовательно, к искажению формы и размеров первого фоторезистивного слоя. Проблематичны также равномерное осаждение металла в субмикронную щель и устойчивость данной конструкции при проведении последней операции "взрыва" фоторезиста (возможно отслоение управляющего электрода от подложки).

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ изготовления полупроводникового прибора с управляющим электродом субмикронной длины обычной литографией и анодным окислением маскирующего слоя [3].

Недостатки этого способа - сложность, неустойчивость (неконтролируемость) формирования щели размером менее 0,3 мкм в маскирующих слоях, а проведение трех процессов фотолитографии и двух процессов анодного окисления приводит к усложнению технологии и неодинаковой воспроизводимости изготовления полупроводниковых приборов.

Целью изобретения является уменьшение длины управляющего электрода, которое в сочетании с Т-образной конфигурацией его сечения приводит к минимальному коэффициенту шума и максимальной граничной частоте, повышение воспроизводимости параметров, упрощение и удешевление изготовления приборов и ИС обычной литографией.

Поставленная цель достигается тем, что по способу изготовления полупроводникового прибора с Т-образным управляющим электродом субмикронной длины, включающему выделение на полупроводниковой подложке активной области прибора, формирование омических контактов, нанесение вспомогательного слоя диэлектрик - металл, формирование субмикронной щели в металле этого слоя с последующим вытравливанием через нее слоя диэлектрика и формирование Т-образного управляющего электрода, щель во вспомогательном слое создается за счет зазора между двумя маскирующими металлическими слоями, который образуется в результате селективного химического травления открытых от фоторезиста участков первого слоя металла с одновременным подтравом его под резист на требуемую глубину, повторного нанесения на диэлектрик и "взрыва" второго металлического слоя и последующего плазмохимического травления диэлектрика через щель в металле.

Благодаря тому что толщина металлического слоя мала (≤ 0,1 мкм), а скорость травления значительно меньше, чем скорость диффузии реагентов и продуктов травления, химическое травление под резистом изотропно по всем направлениям и легко контролируется во времени, т.е. величина подтрава зависит только от длительности процесса травления, толщины и вида металла, а также состава травителя. Величина подтрава под резист задается требуемой длиной основания Т-образного управляющего электрода. Для изготовления управляющего электрода с минимальной длиной ≤ 0,1 мкм предлагается использовать вспомогательный слой диэлектрик - металл (SiO₂, Si₃N₄, А1₂О₃-Cr, Ni, Ti, V, Au, A1) с толщиной каждого материала ≅ 0,1 мкм, а для изготовления управляющего электрода Au или A1 с подслоем Cr, Ti или V толщиной ≈ 0,01-0,02 мкм.

На фиг.1-12 представлена технологическая последовательность изготовления полупроводникового прибора с Т-образным управляющим электродом субмикронной длины на эпитаксиальной структуре или гетероструктуре.

На чертежах показаны буферный слой 1, активный слой 2, сильнолегированный контактный слой 3, слой диэлектрика 4 вспомогательного слоя, слой металла 5 вспомогательного слоя, омические контакты 6 стока и истока, слой фоторезиста 7, металл управляющего электрода 8.

Пример. Изготавливали полевой транзистор с барьером Шоттки с субмикронной длиной канала на арсениде галлия по технологической последовательности, приведенной на фиг.1-12. В качестве исходного материала взята эпитаксиальная структура или гетероструктура со сформированными омическими контактами и изолированными активными областями транзисторов. На эту структуру наносился вспомогательный слой, состоящий из слоя двуокиси кремния и золота с подслоем ванадия (фиг.1). Затем на вспомогательный слой фотолитографией формировались резистивные элементы в виде прямоугольников, минимальные размеры которых определялись требуемой шириной затвора, расположенных таким образом, чтобы одна из сторон прямоугольника размещалась на месте будущего затвора между истоком и стоком, определяя собой границу формирования затвора (фиг.2). После проведения подтрава металла под резист (фиг.3) выполнялось повторное напыление металлов (фиг. 4) и "взрыв" фоторезиста (фиг.5). Затем плазмохимическим травлением формировали щель в диэлектрике (фиг.6). Далее вновь наносился фоторезист (фиг. 7) и фотолитографией формировался рисунок затвора транзистора (фиг.8). Через сформированную субмикронную щель с помощью травления формировали канал транзистора с контролем тока насыщения между стоком и истоком (фиг.9). После получения требуемого тока насыщения прибора проводилось напыление металла затвора V-Au-V (фиг.10) с последующим "взрывом" фоторезиста (фиг. 11) и травлением слоев золота, ванадия и двуокиси кремния вспомогательного слоя (фиг.12).

Использование предлагаемого способа изготовления полупроводниковых приборов и ИС с Т-образным управляющим электродом субмикронной длины обеспечивает следующие преимущества: возможность контролируемого формирования Т-образного управляющего электрода субмикронной и нанометровой длины с помощью обычной литографии и существующего технологического оборудования; устойчивое формирование Т-образного управляющего электрода в результате использования слоя диэлектрика как изолирующего, маскирующего и усиливающего конструкцию управляющего электрода слоя с одновременным использованием одного и того же металла в качестве подслоя для маскирующего металла на вспомогательном слое и маски при травлении его же при формировании управляющего электрода, кроме того, маскирующий металл используется не только для создания щели, но и для формирования самого Т-образного управляющего электрода. Эти преимущества обеспечивают не только уменьшение коэффициента шума и увеличение максимальной граничной частоты, но и повышают воспроизводимость параметров приборов, одновременно упрощая и удешевляя их изготовление.

Источники информации
1. Патент США 5766967, кл. 437/415 SH, 1998 (METHOD FOR FABRICATING A SUBMICRON T-SHAPED GATE, Lai etal).

2. Патент США 5861327, кл. 438/167, 1999 (FABRICATION METHOD OF GATE ELECTRODE IN SEMICONDUCTOR DEVICE, Maeng et al).

3. Патент Российской Федерации 2031481, кл. Н 01 L 21/338, 1995 (способ изготовления полупроводникового прибора с Т-образным управляющим электродом субмикронной длины, Баранов Б.А.).

Изобретение может быть использовано в микро- и наноэлектронике. Сущность изобретения: при изготовлении полупроводникового прибора с Т-образной конфигурацией управляющего электрода с помощью оптической литографии используется субмикронная щель во вспомогательном слое диэлектрик-металл, которая создается за счет зазора между двумя маскирующими металлическими слоями, образующегося в результате селективного химического травления открытых от фоторезиста участков первого слоя металла с одновременным подтравом его под резист на требуемую глубину, повторного нанесения на диэлектрик металлического слоя, "взрыва" фоторезиста и последующего плазмохимического травления диэлектрика через зазор, при этом для формирования Т-образной конфигурации управляющего электрода используются и материалы вспомогательного слоя, и металл управляющего электрода. В качестве вспомогательного слоя диэлектрик-металл могут применяться SiO₂, Si₃N₄, Al₂O₃ - Cr, Ni, Ti, V, Au или Al, а для управляющего электрода Au или Al. Техническим результатом изобретения является уменьшение длины управляющего электрода, которое в сочетании с Т-образной конфигурацией его сечения приводит к минимальному коэффициенту шума и максимальному коэффициенту шума и максимальной граничной частоте, повышение воспроизводимости параметров, упрощение и удешевление изготовления приборов обычно литографией. 1 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Способ изготовления полупроводникового прибора с Т-образным управляющим электродом субмикронной длины, включающий выделение на полупроводниковой подложке активной области прибора, формирование омических контактов, нанесение вспомогательного слоя диэлектрик - металл, формирование субмикронной щели в этом слое с последующим формированием Т-образного управляющего электрода, отличающийся тем, что щель во вспомогательном слое создается за счет зазора между двумя маскирующими металлическими слоями, который образуется в результате селективного химического травления открытых от фоторезиста участков первого слоя металла с одновременным подтравом его под резист на требуемую глубину, повторного нанесения на диэлектрик металлического слоя, "взрыва" фоторезиста и последующего плазмохимического травления диэлектрика через зазор, при этом Т-образная конфигурация управляющего электрода создается за счет использования материалов вспомогательного слоя и металла управляющего электрода. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве маскирующего металлического слоя вспомогательного слоя и материала управляющего электрода используется один и тот же металл - Au, с подслоем V, Cr или Ti в первом случае и комбинация Au с тем же материалом в качестве подслоя и верхнего маскирующего слоя в случае управляющего электрода.