Способ формирования Т-образного затвора Российский патент 2019 года по МПК H01L21/18 

Изобретение относится к технологии микроэлектроники, а именно к технологии получения СВЧ монолитных интегральных схем на основе полупроводниковых соединений типа A^IIIB^V, в частности, к созданию гетероструктурных СВЧ транзисторов с высокой подвижностью электронов.

Блок формирования затвора является одним из ключевых этапов технологического процесса производства полупроводниковых приборов, в том числе СВЧ транзисторов с высокой подвижностью электронов. Для приборов, работающих в СВЧ диапазоне, изготавливают затворы Т-образной формы с субмикронной длиной основания, обладающие меньшим сопротивлением и емкостью. Для создания Т-образных затворов используются многослойные системы резистов, топологический рисунок в которых формируется методами литографии.

Известен способ формирования Т-образного затвора (Е.V. Erofeev, V.A. Kagadei, E.V. Anishchenko, K.S. Nosaeva, S.V. Ishutkin / T-gate fabrication // International Conference of Micro/Nanotechnologies and Electron Devices (EDM), Proceedings, pp. 146-149, 2011), в котором на поверхности полупроводниковой структуры методами высокоразрешающей электроннолучевой литографии производится формирование многослойной резистивной маски на основе PMMA/LOR/PMMA. Далее методом электронно-лучевого испарения в вакууме производится напыление тонких пленок на основе Ti/Pt/Au, где Ti является барьеробразующим слоем, Pt - слой диффузионного барьера, а Au - проводящий слой.

Основным недостатком данного способа является низкая производительность технологических процессов высокоразрешающей электронно-лучевой литографии.

Известен способ формирования субмикронного Т-образного затвора (D. Fanning, L. Witkowski, J. Stidham, H.-Q. Tserng, M. Muir and P. Saunier. Dielectrically defined optical T-gate for high power GaAs pHEMTs // GaAs Mantech Conference Proceedings, 2002) по своей сущности наиболее близкий к предлагаемому техническому решению и выбранный нами за прототип. В данном способе для формирования «ножки» Т-образного затвора на поверхность полупроводниковой пластины методами плазмохимического осаждения производится осаждение тонкой пленки диэлектрика на основе нитрида кремния с последующим нанесением однослойной резистивной маски. После этого методами высокопроизводительной проекционной литографии производится формирование маски в резисте с последующим травлением пленки диэлектрика по маске плазмохимическими методами. Далее для формирования «шляпы» Т-образного затвора на поверхности полупроводниковой пластины методами проекционной литографии производится формирование двухслойной резистивной маски с последующим тонких пленок затворной металлизации на основе тонких пленок Ti/Pt/Au методом электронно-лучевого испарения в вакууме.

Основным недостатком данного способа является низкая термическая стабильность электрических характеристик Т-образного затвора на основе тонких пленок Ti/Pt/Au, обусловленная использованием в качестве барьерообразующего слоя на основе пленки Ti.

Основной технической задачей предложенного способа является повышение термической стабильности электрических характеристик Т-образного затвора, формируемого методами проекционной литографии при использовании «щели» в диэлектрике.

Основная техническая задача достигается тем, что в способе

формирования Т-образного затвора, включающего очистку поверхности полупроводниковой пластины с эпитаксиальной гетероструктурой, осаждение пленки диэлектрика плазмохимическими методами, формирование однослойной резистивной маски литографическими методами, травление «щели» в диэлектрике по резистивной маске плазмохимическими методами, удаление резистивной маски, при этом дополнительно способ включает в себя операции напыления пленки барьерообразующего слоя, формирования двухслойной резистивной маски литографическими методами, а также напыления слоя диффузионного барьера и слоя проводника методом электронно-лучевого испарения в вакууме, отличающийся тем, что напыление пленки барьерообразующего слоя производится методами магнетронного распыления в вакууме на всю поверхность полупроводниковой пластины после операции травления «щели» в диэлектрике с последующим селективным плазмохимическим травлением пленки барьерообразующего слоя по твердой маске проводника.

В частном случае в качестве материала осаждаемого барьерообразующего слоя могут использовать пленки тугоплавких металлов и их соединений (Мо, Та, W, TaN, TiN, WN, WSi), формируемые методами магнетронного распыления.

В частном случае в качестве материала слоя диффузионного барьера могут использоваться пленки тугоплавких металлов и их соединений (Мо, Та, W, TaN, TiN, WN, WSi), формируемые методами магнетронного распыления.

В частном случае в качестве материала слоя проводника могут использоваться пленки алюминия (Al) или меди (Cu).

В частном случае осаждение тонких пленок диэлектрика может производиться методами атомно-слоевого осаждения.

Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявляемого способа, отсутствуют.

Предлагаемый способ заключается в следующем. На поверхность полупроводниковой пластины с эпитаксиальной гетероструктрурой плазмохимическими методами производится осаждение тонкой пленки диэлектрика на основе нитрида кремния толщиной от 1 до 500 нм. Далее для формирования «ножки» затвора транзистора на поверхности диэлектрика формируется однослойная резистивная маска с последующим травлением «щели» в диэлектрике по маске, а также удалением резиста с поверхности пластины. Для очистки поверхности полупроводника в окнах диэлектрика пластина обрабатывается в водном растворе соляной кислоты с последующей ее промывкой в деионизованной воде и сушкой в потоке очищенного азота. Затем пластина загружается в установку напыления тонких пленок в вакууме, где методом магнетронного испарения в вакууме при остаточном давлении менее р=5×10^-6 торр производится осаждение пленок барьерообразующего слоя на основе титана толщиной 1-500 нм. Далее для формирования «шляпы» Т-образного затвора производится формирование двухслойной резистивной маски на поверхности полупроводниковой пластины. Затем пластина загружается в установку напыления тонких пленок в вакууме, где методом электронно-лучевого испарения в вакууме при остаточном давлении менее р=5×10^-6 торр производится последовательное осаждение пленок на основе платины (Pt) и золота (Au) с толщинами 10-500 нм. Далее производится удаление резистивной маски с последующим селективным плазмохимическим травлением пленки Ti по полю по твердой маске Au.

В частном случае в качестве материала осаждаемого барьерообразующего слоя могут использовать пленки тугоплавких металлов и их соединений (Мо, Та, W, TaN, TiN, WN, WSi), формируемые методами магнетронного распыления.

В частном случае в качестве материала слоя диффузионного барьера могут использоваться пленки тугоплавких металлов и их соединений (Мо, Та, W, TaN, TiN, WN, WSi), формируемые методами магнетронного распыления.

В частном случае в качестве материала слоя проводника могут использоваться пленки алюминия (Al) или меди (Cu).

В частном случае осаждение тонких пленок диэлектрика может производиться методами атомно-слоевого осаждения.

Пример.

Пример демонстрирует технический результат, достигаемый по предлагаемому способу, относительно способа прототипа.

Транзистор на основе полупроводникового соединения и, в частности, гетероструктурный транзистор с высокой подвижностью электронов был сформирован на псевдоморфных структурах GaAs/AlGaAs/InGaAs, полученных с помощью молекулярно-лучевой эпитаксии. После формирования изоляции транзистора с помощью травления меза-структур, на поверхности пластины формировалась двухслойная резистивная маска, в которой вскрывались окна с отрицательным углом наклона стенок. Перед осаждением металлизации с целью очистки поверхности и удаления собственных оксидов мышьяка и галлия пластина n-GaAs обрабатывалась в водном растворе H₂SO₄ (1:10) в течение 3 минут, а затем промывалась в деионизованной воде и сушилась в потоке азота. Далее на поверхности пластины литографическими методами формировалась резистивная маска в окна которой производилось напыление металлизации омического контакта на основе металлизации Ni/Ge/Au/Ni/Au методом электронно-лучевого исправления и вакууме. После извлечения пластин из вакуумной камеры производилось удаление резистивной маски с последующей термической обработкой металлизации омического контакта в среде очищенного азота при температуре Т₂=410°C в течение t=60 секунд. Далее на поверхность пластин производилось осаждение тонкой пленки диэлектрика на основе нитрида кремния толщиной от 150 нм плазмохимическими методами. Далее на пластинах методом центрифугирования формировалась однослойная маска на основе резиста 950РММА с последующей сушкой при температуре 180°C в течение 5 минут. Экспонирование производилась с помощью системы электронно-лучевой нанолитографии Raith-150^TWO с энергией электронов 30 кэВ с последующим жидкостным проявлением резиста. Далее по сформированной резистивной маске производилось плазмохимическое травление «щели» в пленке диэлектрике в индуктивно-связанной плазме с последующим удалением резистивной маски.

На первой пластине, изготавливаемой по способу-прототипу, методом центрифугирования формировалась двухслойная маска на основе резистов LOR 5 В/495 РММА. Каждый слой резиста наносился на подложку методом центрифугирования, с последующей сушкой при температуре 180°C в течение 5 минут. Экспонирование производилась с помощью системы электронно-лучевой нанолитографии Raith-150^TWO с энергией электронов 30 кэВ. Проявление верхнего слоя резиста типа 495РММА осуществлялось в растворе метилизобутилкетона (МИБК) с изопропиловым спиртом (ИПС) (1:1) в течение 60 с, нижнего слоя LOR5B с последующей промывкой в изопропиловом спирте и сушкой в потоке азота. Далее производилось напыление металлизации Т-образного затвора на основе пленок Ti/Pt/Au (30/25/400 нм) методом электронно-лучевого исправления и вакууме. После извлечения пластины из вакуумной камеры производилось удаление резистивной маски, что приводило к формированию Т-образного затвора транзистора.

На вторую пластину, изготавливаемую по предлагаемому способу, методом магнетронного испарения в вакууме при остаточном давлении менее p=5×10^-6 торр производилось осаждение пленки барьерообразующего слоя на основе титана толщиной 30 нм. Далее методом центрифугирования формировалась двухслойная маска на основе резистов LOR5B/495PMMA. Каждый слой резиста наносился на подложку методом центрифугирования, с последующей сушкой при температуре 180°C в течение 5 минут. Экспонирование производилась с помощью системы электронно-лучевой нанолитографии Raith-150^TWO с энергией электронов 30 кэВ. Проявление верхнего слоя резиста типа 495РММА осуществлялось в растворе метилизобутилкетона (МИБК) с изопропиловым спиртом (ИПС) (1:1) в течение 60 с, нижнего слоя LOR5B с последующей промывкой в изопропиловом спирте и сушкой в потоке азота. Далее производилось напыление металлизации Т-образного затвора на основе пленок Pt/Au (25/400 нм) методом электронно-лучевого исправления и вакууме. После извлечения пластины из вакуумной камеры производилось удаление резистивной маски, с последующим селективным плазмохимическим травлением пленки барьеробразующего слоя на основе Ti на твердой маске Au на поверхности пластины.

Электрические параметры транзисторов по постоянному току исследовались с помощью измерителя характеристик полупроводниковых приборов НР4156А.

Для исследования термической стабильности электрических параметров транзисторов производилась их термическая обработка при температуре Т=300°C в течение t=12 часов в среде очищенного азота.

На фиг. 1-4 представлены результаты исследования термической стабильности электрических параметров образцов транзисторов, полученных по способу-прототипу (1) и предлагаемому способу (2). Из результатов видно, что использование Т-образного затвора в составе транзистора, сформированного по предлагаемому способу позволяет повысить термическую стабильность электрических параметров, что может быть обусловлено особенностью структуры тонкой пленки барьерообразующего слоя Т-образного затвора, формируемого методами магнетронного распыления.

Изобретение относится к технологии микроэлектроники, а именно к технологии получения СВЧ монолитных интегральных схем на основе полупроводниковых соединений типа A_IIIB_V, в частности к созданию гетероструктурных СВЧ транзисторов с высокой подвижностью электронов. На поверхность полупроводниковой пластины методом магнетронного испарения в вакууме при остаточном давлении менее р=5×10^-6 торр производилось осаждение пленки барьерообразующего слоя на основе титана толщиной 30 нм. Далее методом центрифугирования формировалась двухслойная маска на основе резистов LOR5B/495PMMA. Каждый слой резиста наносился на подложку методом центрифугирования, с последующей сушкой при температуре 180°C в течение 5 минут. Экспонирование производилась с помощью системы электронно-лучевой нанолитографии Raith-150^TWO с энергией электронов 30 кэВ. Проявление верхнего слоя резиста типа 495РММА осуществлялось в растворе метилизобутилкетона (МИБК) с изопропиловым спиртом (ИПС) (1:1) в течение 60 с, нижнего слоя LOR5B с последующей промывкой в изопропиловом спирте и сушкой в потоке азота. Далее производилось напыление металлизации Т-образного затвора на основе пленок Pt/Au (25/400 нм) методом электронно-лучевого исправления и вакууме. После извлечения пластины из вакуумной камеры производилось удаление резистивной маски, с последующим селективным плазмохимическим травлением пленки барьеробразующего слоя на основе Ti на твердой маске Au на поверхности пластины. Технический результат заключается в повышении термической стабильности электрических характеристик Т-образного затвора, формируемого методами проекционной литографии при использовании «щели» в диэлектрике. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ формирования Т-образного затвора, включающего очистку поверхности полупроводниковой пластины с эпитаксиальной гетероструктурой, осаждение пленки диэлектрика плазмохимическими методами, формирование однослойной резистивной маски литографическими методами, травление «щели» в диэлектрике по резистивной маске плазмохимическими методами, удаление резистивной маски, при этом дополнительно способ включает в себя операции напыления пленки барьерообразующего слоя, формирования двухслойной резистивной маски литографическими методами, а также напыления слоя диффузионного барьера и слоя проводника методом электронно-лучевого испарения в вакууме, отличающийся тем, что напыление пленки барьерообразующего слоя производится методами магнетронного распыления в вакууме на всю поверхность полупроводниковой пластины после операции травления «щели» в диэлектрике с последующим селективным плазмохимическим травлением пленки барьерообразующего слоя по твердой маске проводника.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве материала осаждаемого барьерообразующего слоя могут использовать пленки тугоплавких металлов и их соединений (Мо, Та, W, TaN, TiN, WN, WSi), формируемые методами магнетронного распыления.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве материала слоя диффузионного барьера могут использоваться пленки тугоплавких металлов и их соединений (Мо, Та, W, TaN, TiN, WN, WSi), формируемые методами магнетронного распыления.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве материала слоя проводника могут использоваться пленки алюминия (Al) или меди (Cu).

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осаждение тонких пленок диэлектрика может производиться методами атомно-слоевого осаждения.