СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ Советский патент 1994 года по МПК H01L21/335 

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано при изготовлении полевых транзисторов.

Цель изобретения - увеличение выхода годных приборов и упрощение технологии за счет сохранения планарности поверхности пластины в процессе изготовления и уменьшения толщины омических контактов.

Способ проиллюстрирован фиг. 1-3.

На фиг. 1 показана пластина с фоторезистивной маской для имплантации ионов В⁺; на фиг. 2 - пластина с маской электронного резиста; на фиг. 3 - общий вид изготавливаемого полупроводникового прибора.

Для конкретного примера используют пластины арсенида галлия с активным слоем n⁺ - n - n_δ^-- i-типа с концентрацией: n⁺ = 1·10¹⁸ат/см³, толщи- d_n+ = 0,11 мкм; n = 1·10¹⁷ат/см³, ной: d_n = 0,3 мкм;
d ~ 0,5мкм.

Создают фоторезистивную маску с рисунком омических контактов, маркерных и базировочных знаков. Используют фоторезист ФП-383. Расстояние исток-сток в массе 2,2 мкм. Проводят термообработку маски при температуре 130^оС 30 мин. Удаляют естественный окисел на поверхности пластины во вскрытых окнах в растворе NH₄OH : H₂O (3 мл : 300 мл) за t = 40 с. Пластину устанавливают в кассету горизонтально активным слоем вверх. Создают электрический контакт к обратной полуизолирующей стороне пластины при освещении в растворе состава: КОН 3 г: NH₄H₂PO₄ 0,3 г : Н₂O 100 мл.

Для освещения используют К-30-400 Вт. Величина освещенности ≈ 100.000 лк. В отсутствие освещения сквозной ток через пластину не протекает.

Верхнюю часть кассеты заполняют электролитом для осаждения Au-Ge омических контактов состава, г: Калия дициано (1) аурат Ч. Д. А. ГОСТ 20473-75 2 Двуокись германия ОСТ 48-21-72 3 Калий-натрий виннокислый 4-водный ГОСТ 5845-79 6 Винная кислота О. С. Ч. ТУ 6-09-3985-75 1,5 Вода деионизированная рН электролита 7,1-7,2 100 мл
В качестве анода используют пластину нержавеющей стали, изогнутую в виде трубки и устанавливаемую на изолирующую прокладку. Проводят электрохимическое осаждение омических контактов. В ходе процесса через пластину протекает сквозной ток 1 мА (плотность тока ≈ 0,5 мА/см²). Напряжение на ячейке зависит от толщины полуизолирующей подложки и составляет 4-5 В. Время осаждения 5 мин. Напряжение выключают. Пластину извлекают из кассеты. Удаляют фоторезист в диметилформамиде. Толщина осажденных контактов ≈ 500 . Расстояние исток-сток 1,7-1,8 мкм. В ходе процесса происходит осаждение металла под фотореизстивную маску, что приводит к сужению исток-стоковой области.

При малой толщине осаждаемых контактов, согласно предложенному способу, величина ухода размера не превышает 0,5 мкм. С увеличением толщины осаждаемых контактов до 0,15 мкм происходит смыкание исток-стоковых областей.

Формирование тонких слоев омических контактов (400-700 ) позволяет воспроизводимо получать малый размер исток-стоковой области (в пределах 1-2 мкм).

Электрохимическое осаждение контактов на планарную поверхность пластины позволяет исключить смыкание исток-стоковых областей на ступеньках рельефа, что имеет место при изоляции активных областей химическим травлением. Сохраняется геометрия рисунка фоторезистивной маски. Формирование исток-стоковой области размером менее 1 мкм ограничивается возможностями вписывания затвора при электронно-лучевой литографии. Осаждение контактов на электропроводных n⁺-областях, не изолированных мезой, обеспечивает выравнивание электрического потенциала на поверхности пластины. В результате, толщина осажденных контактов на открытых участках большой и малой площади выравнивается.

Проводят вплавление контактов на установке лампового отжига "Импульс-5". Благодаря малой толщине омических контактов вплавление осуществляется в "мягком" режиме: 450^оС за 3 импульса продолжительностью 1,5 с каждый. Для вплавления контактов толщиной 0,15-0,2 мкм необходимо увеличивать длительность импульсов до 4-5 с. Более длительный отжиг приводит к развитию морфологии контакта. На тонких слоях омической металлизации (400-700 ) нарушения исходной морфологии не наблюдается, что связано с особенностями тонкопленочных структур. При отжиге силы смачивания Аu-Ge сплавом поверхности полупроводника превышают силы каплеобразования, действующие на внешней поверхности контакта. Тонкий контакт прогревается более равномерно, за меньшее время, что сокращает время диффузионных процессов. Уменьшение глубины диффузионной области контакта в полупроводнике позволяет сближать исток-стоковые участки омической металлизации. Глубина диффузионных процессов при формировании Au-Ge-Ni-Au контактов (термическим напылением) значительно больше. Ni обнаруживается на глубине 0,5-1 мкм. Получить Au-Ge контакты термическим напылением не удается из-за плохой морфологии поверхности, образования большого количества пор в контакте. Электрохимическое осаждение тонких (400-700 ) контактов на активные области, изолированные мезой, по способу-прототипу невозможно из-за неравномерности толщины осажденных контактов (неравномерность ≈ 400 ). Тонкие Аu-Ge контакты (400-700 ), получаемые согласно предложенному способу, обладают хорошей морфологией поверхности (рельефность поверхности контакта визуально не наблюдается) и высокой омичностью (0,02-0,05 Ом ˙мм), что связано с отсутствием пор, большей эффективной площадью контакта. При толщине контактов 300 омическое сопротивление возрастает. При толщинах 800 развивается рельеф на поверхности контакта.

Хорошая морфология поверхности контактов обеспечивает надежный опрос базировочных и маркерных знаков при электронно-лучевой литографии затворов. Формирование контактов малой толщины (400-700 ) устраняет эффект затекания электронного резиста в исток-стоковой области, в результате которого толщина слоя резиста в исток-стоковой области значительно ( ≈ 0,1 мкм) выше, чем на остальной поверхности пластины. Это приводит к необходимости увеличивать дозу экспонирования, что в свою очередь, вызывает увеличение минимально возможного размера затворного рисунка, обусловленное наличием расходящегося пучка обратно-рассеянных электронов. В результате реально получаемый затворный рисунок, в слое резиста ЭЛП-20 толщиной ≈ 0,45 мкм, имеет минимальный размер 0,3-0,33 мкм. Уменьшение толщины резистивного слоя в канале благодаря уменьшению толщины контактов (на 0,1 мкм) позволяет получить размер затвора 0,24-0,27 мкм. Кроме того, при меньшей толщине электронного резиста (≈ 0,35 мкм) в канале облегчается контроль появления рисунка. При толщине слоя резиста 0,4-0,5 мкм дно проявленной канавки малого размера (<from" " 0,3 мкм) практически не просматривается (используют микроскоп Leitz, увелич. 5000).

После вплавления контактов создают фоторезистивную маску (используют ФП-383) со вскрытым рисунком локальных областей пластины, граничащих с каналом транзистора. Это области выхода затворной металлизации за пределы канала (см. фиг. 1). Устранение электропроводности на этих участках полупроводникового слоя необходимо для снижения токов утечки затвор-омические контакты. Изоляцию осуществляют имплантацией ионов В⁺ на установке "Лада-20". Доза 2,2 ˙10¹² ион/см². Энергия ионов 120 кэВ. Затем фоторезист удаляют. Наносят слой SiO₂ толщиной 0,35-0,4 мкм. Омические контакты малой толщины (400-700 ) и изоляция активных областей ионной имплантацией согласно предложенному способу позволяют сохранить планарность поверхности пластины. Наносят слой электронного резиста практически одинаковой толщины ( ≈ 0,35 мкм) по всей поверхности пластины. Проводят на ZВА-20 электронно-лучевое экспонирование. При этом проводящий n⁺-n-слой на поверхности пластины обеспечивает снятие электронного заряда. Нет необходимости в формировании вспомогательного металла в виде сетки (ванадия ≈ 15 мкм), что усложняет технологию и не обеспечивает удаление заряда при больших размерах кристалла (≈ 2х2 мм) из-за большого поверхностного сопротивления пластины между областями экспонирования и сеткой. В этом случае заряд, накапливаясь на пластине, вызывает электрическое отклонение электронного луча, искажающее затворный рисунок, что приводит к снижению процента выхода годных приборов. Рисунок проявляют в растворе метилэтилкетон-изопропиловый спирт (3: 1). Дно подзатворной области размером 0,25 мкм хорошо просматривается в микроскоп (Leitz. увелич. 5000) благодаря малой толщине резиста.

Проводят плазмохимическую подчистку маски в кислороде на установке 08ПХО-100Т-001 за 20 с. Затем маску термообрабатывают при Т= 130^оС, t= 20 мин. Проводят направленное плазмохимическое травление на установке 08ПХО-100Т-005 в С₃F_8, Р= 3-5 Па, W= 500 Вт, за t= 15 мин. При этом стравливается слой SiО₂ толщиной 0,3 мкм (cм. фиг. 2). Травление происходит практически без ухода под маску. Тонкий слой SiO₂ (<from" " 0,1 мкм) сохраняют в окнах маски для предотвращения плазмохимического стравливания омических контактов. Оставшийся тонкий слой SiO₂ удаляют в буферном травителе NH₄F : HF : H₂O (200 мл : 80 мл : 300 мл) за 20 с. Малый растрав SiO₂ под маской электронного резиста ( ≈ 0,1 мкм) уменьшает прогиб маски при термическом напылении затворной металлизации, что способствует лучшему "взрыву".

Проводят плазмохимическую обработку пластин в кислороде для удаления тонких фторированных пленок электронного резиста на установке 08ПХО-100Т-001 в режиме: Р= 65 Па, W= 1 кВт, за t= 20 с. Фторированные пленки препятствуют быстрому растворению электронного резиста при "взрыве" затворной металлизации.

Проводят химическое травление подзатворных областей для получения заданных токов насыщения транзистора. Используют раствор Н₂SO₄ : H₂O₂ : H₂O (2 мл : 16 мл : 600 мл). Контроль травления осуществляют на тестовых структурах. Перед напылением затворной металлизации пластины обрабатывают в растворе Н₂SO₄ : : H₂O₂ : H₂O (2мл : 16 : 600 мл) за 1 с для удаления естественного окисла на поверхности полупроводника. Напыляют затворную металлизацию V-Au толщиной ≈ 0,7 мкм. "Взрыв" затворной металлизации осуществляют удалением электронного резиста в диметилформамиде. Благодаря отсутствию прогиба маски при термическом напылении затворной металлизации затвор формируется без "усов" и закороток с омическими контактами. Длина полученного затвора составляет 0,25-0,27 мкм. Наносят защитный слой SiO₂ толщиной ≈ 0,7 мкм. Создают фоторезистивную маску, закрывающую область канала полевого транзистора. Используют фоторезист ФП-383. Проводят травление двух слоев SiO₂ в растворе NH₄F : HF : H₂O (200 мл : 80 мл : 300 мл) за 3,5 мин.

Удаляют фоторезистивную маску в диметилформамиде. Проводят дополнительно имплантацию ионов В⁺ по маске защитных островков SiO₂, омических контактов и затворной металлизации (см. фиг. 3). Доза 2,2x x10¹² ион/см², энергия 120 кэВ. При этом осуществляется полная электрическая изоляция полупроводниковых приборов. Паразитные токи утечки между затворной и контактной металлизациями отсутствуют.

Удаление фоторезиста до проведения изоляции обусловлено тем, что термообработанный фоторезист после ионной бомбардировки плохо растворим в диметилформамиде. Если маску фоторезиста дублению не подвергать, это приводит к сильному растраву SiO_2, что недопустимо. Толстый защитный слой SiO₂ ионами В⁺ не пробивается и используется в предложенном способе в качестве маски.

Использование защитного слоя SiO₂ одновременно для пассивации канала и в качестве маски при ионной изоляции упрощает технологию. Нет необходимости в формировании дополнительных защитных масок. Далее создают разводку гальваническим осаждением. При этом наращивают слой Au на омических контактах. (56) Патент Японии N 57-34648, кл. Н 01 L 21/288, 1982.

Авторское свидетельство СССР N 1616430, кл. Н 01 L 21/283, 1989.

Использование: микроэлектроника, технология изготовления полевых транзисторов с субмикронным затвором на GaAs. Сущность изобретения: перед формированием изоляции активных областей формируют омические контакты, осаждая слой Au - Ge толщиной 400 - 700 А. Изоляцию активных областей формируют путем создания фоторезистивной маски с рисунком областей, граничащих с каналом транзистора, и проведения имплантации ионов . При проведении электронно-лучевой литографии в качестве экрана используют проводящий активный слой пластины. Слой B⁺, нанесенный перед литографией, удаляют направленным плазмохимическим травлением до толщины SiO₂0,1 мкм, а после формирования защитного слоя SiO₂ проводят имплантацию ионов B⁺, используя в качестве маски защитный слой SiO₂, омическую и затворную металлизацию. Способ позволяет упростить технологию за счет сохранения планарности поверхности пластины в процессе изготовления приборов и уменьшения толщины омических контактов. 3 ил.

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ на пластинах арсенида галлия с активным слоем, включающий формирование изоляции активных областей, формирование Au - Ge омических контактов путем электрохимического осаждения и вплавления, нанесения слоя SiO₂, проведение электронно-лучевой литографии с использованием экрана для снятия электронного заряда с пластины, формирование травлением SiO₂ подзатворной области, формирование затворной металлизации методом взрывной литографии, защитного слоя SiO₂ и гальванической разводки, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода годных приборов и упрощения технологии за счет сохранения планарности поверхности пластины в процессе изготовления и уменьшения толщины омических контактов, перед формированием изоляции активных областей формируют омические контакты, осаждая слой Au - Ge толщиной 400 - 700 А, изоляцию активных областей формируют путем создания фоторезистивной маски с рисунком областей, граничащих с каналом транзистора, и проведения имплантации ионов В⁺ , при проведении электронно-лучевой литографии в качестве экрана используют проводящий активный слой пластины, слой SiO₂ удаляют направленным плазмохимическим травлением до толщины не менее 0,1 мкм, а после формирования защитного слоя SiO₂ проводят имплантацию ионов В⁺, используя в качестве маски защитный слой SiO₂, омическую и затворную металлизацию.