СПОСОБ СОЗДАНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ Советский патент 1994 года по МПК H01L21/72 

Изобретение относится к электронной технике, и способам создания полупроводниковых приборов (преимущественно полевых транзисторов с барьером Шоттки) и может быть использовано при создании интегральных схем.

Известно, что малое поперечное сечение затвора обусловливает его высокое погонное сопротивление и снижает крутизну ВАХ транзистора, а увеличение расстояния "сток-исток" снижает частотные характеристики и уменьшает коэффициент полезного действия.

В работе [1] описан способ создания арсенидо-Au галлиевого полевого транзистора с затвором субмикронной длины.

Здесь на поверхность структуры n_i-n-типа наносят барьерообразующий материал (Al) и с помощью фотолитографии вскрывают в нем окна для контактов стока и истока. При этом производится подтравливание слоя Al под края фоторезистивной маски на величину расстояний "затвор-исток", "затвор-сток", что приводит к образованию тени при напылении сплава AuGe для омических контактов стока и истока. Затем после удаления фоторезистивной маски со сплавом, находящимся на ней, формируют омические контакты стока и истока. В результате получают арсенидогаллиевый полевой транзистор с каналом субмикронной длины. Описанный способ обладает тем преимуществом, что в процессе получения затвора n-слой полупроводниковой структуры в области канала не подвергается травлению, что гарантирует получение повторяемых результатов при изготовлении транзисторов.

Однако, этот способ не позволяет получить затвора большого поперечного сечения с малым расстоянием "сток-исток" транзистора. То есть попытка увеличения поперечного сечения затвора субмикронной длины путем повышения толщины слоя приводит к тому, что при подтравливании слоя Al под края фоторезистивной маски для получения заданной длины затвора, происходит неминуемое недотравливание Al на участках канала "затвор-сток и "затвор-исток". А увеличение маскирующей поверхности фоторезистивной маски над формируемым затвором обусловливает автоматическое удлинение расстояния "сток-исток".

Ближайшим аналогом предлагаемого изобретения является способ изготовления мощного полевого арсенидогаллиевого транзистора с самосовмещающимися затворами [2] .

В данном способе выделяют объем тpанзистора травлением, на поверхность арсенидогаллиевой структуры n⁺-n-n_i-типа наносят слой сплава AuGe и в этом слое вскрывают окно с зазором, равным длине формируемого затвора. Затем через окно производят травление n⁺-слоя и частичное травление n-слоя. При травлении этих слоев происходит их автоматическое растравливание под края слоя сплава в области канала. После этого производят напыление барьерообразующего материала через маску, полученную из слоя сплава AuGe. Таким образом получается самосовмещенный затвор в канале транзистора.

Достоинство описанного способа по сравнению с предыдущими заключается в том, что введением n⁺-слоев под контакты стока и истока достигается возможность некоторого повышения поперечного сечения затвора. Однако, превышение поперечного сечения затвора в данном случае принципиально не может быть существенным по двум причинам.

Во-первых, даже при правильно выбранных толщине n⁺-слоя и ориентации арсенидогаллиевой структуры относительно рисунка фотошаблона, невозможно получить канал малой длины, соизмеримой с длиной затвора из-за специфики профиля травления маскированных арсенидогаллиевых структур.

Во-вторых, при напылении барьерного материала в более глубокую полость, образующую канал, происходит подпыление барьерного материала под края окна, вскрытого в сплаве AuGe. Этот факт приводит к увеличению длины затвора и, следовательно, к перемыканию им n⁺--областей стока и истока.

Целью изобретения является получение полупроводниковых приборов с субмикронными длинами канала и затвора при уменьшении его сопротивления.

Поставленная цель достигается тем, что в способе, включающем формирование областей истока и стока, нанесение контактного слоя, создание активной области и формирование с помощью фотолитографии затвора, формирование затвора осуществляют путем нанесения на контактный слой первого защитного материала, травления окон в нем, нанесения второго защитного материала на слой фоторезиста с находящимся на нем материалом второго защитного слоя, вытравливания контактного слоя с одновременным подтравлением его под края защитного слоя, нанесение фоторезиста под края защитных слоев, осаждения барьерообразующего материала и удаления защитных слоев. В предложенном способе прежде всего на поверхности полупроводниковой структуры создают контактный слой. Затем наносят первый защитный слой (например, Al) и с помощью фотолитографии вскрывают окно в этом слое. Окно должно располагаться так, чтобы один край его находился между контактными площадками стока и истока.

Производят контролируемое подтравливание первого защитного слоя под край фоторезистивной маски до величины, соответствующей задаваемой длине затвора.

Не снимая фоторезиста, напыляют второй защитный слой (например, Al). Тем самым образуют узкую щель между краями первого и второго защитных слоев.

Вспучиванием удаляют фоторезист и материал, осевший на него при напылении второго защитного слоя.

Производят травление контактного слоя через щель до границы n-слоя, при этом получают подтравливание контактного слоя под края защитных слоев. Ширина щели и величина подтравливания контактного слоя определяют длину канала.

Наносят фоторезист, заполняя полость под краями защитных слоев, засвечивают его (защитные слои используются в качестве непрозрачной маски). Затем проявляют фоторезист. При этом фоторезист остается только под краями защитных слоев и удаляется в местах формирования затвора.

После этого производят нанесение материала затвора необходимой толщины, вплоть до такой, которая значительно превышает толщину контактного слоя. Таким образом, формируют затвор. Отсутствие проводимости тока через защитные слои (в случае использования Al стабильная окисная пленка на его поверхности является хорошим изолятором) исключает осаждение барьерообразующего материала на их поверхностях.

Затем удаляют защитные слои и фоторезист, находящийся под ними. С помощью фотолитографии и меза-травления выделяют активный объем полупроводникового прибора.

Участки фоторезиста под краями защитных слоев предназначены для ограничения области формирования затвора и придания соответствующего профиля поперечного сечения затвора, что исключает смыкание материала затвора с контактным слоем стока и истока. Таким образом устраняется один из недостатков прототипа.

Введение временных защитных слоев позволяет использовать контактный слой меньших толщин (чем в прототипе), что дает возможность, учитывая специфику профиля травления маскированных арсенидогаллиевых структур, создавать канал малой длины, соизмеримой с длиной затвора, затвор большой площадью поперечного сечения без его смыкания с контактными площадками стока и истока. Таким образом, устраняется другой недостаток прототипа.

На чертеже (фиг. 1-10) показаны основные этапы процесса создания полупроводникового прибора.

Фиг. 1 иллюстрирует полученную структуру после создания на слое GaAs n-типа 1 слоя 2 n⁺-типа предназначенного для создания омического контакта. Здесь 3 - полуизолирующая подложка.

Фиг. 2 показывает структуру после формирования контактов стока 4 и истока 5, полученных нанесением сплава AuGe.

На фиг. 3 представлена структура, полученная после напыления защитного слоя 6 с лежащими на нем фоторезистом 7, после проведения фотолитографии.

На фиг. 4 изображена структура, полученная в результате травления защитного слоя 6 и нанесения второго защитного слоя 8.

На фиг. 5 показана структура после удаления фоторезиста.

На фиг. 6 показана структура после подтравливания слоя n⁺-типа GaAs под края защитных слоев.

Фиг. 7 показывает момент после нанесения фоторезиста 9 на структуру, его засвечивания и проявления.

На фиг. 8 показан результат осаждения барьерообразующего материала 10, служащего для создания затвора.

На фиг. 9 изображена структура после стравливания защитных слоев 6 и 8 и удаления фоторезиста 9.

Фиг. 10 отображает структуру готового прибора после операции выделения активной области с помощью фотолитографии и меза-травления.

П р и м е р, На структуре GaAs n-n_i-типа с ориентацией (100) толщиной n-слоя 1 равной 1 мкм, концентрацией электронов 2 х x10¹⁶ см^-3 методом ионного легирования создавали слои 2 n⁺-толщиной 0,3 мкм с концентрацией электронов 10¹⁸ см^-3.

Затем проводили фотолитографию для получения напылением сплава AuGe толщиной 0,4 мкм контактных площадок стока 4 и истока 5. После вспучивания фоторезиста и удаления его вместе со сплавом AuGe, находящимся на поверхности фоторезистивной маски, производили вжигание сплава при температуре 390^оС.

На поверхность структуры напыляли Al толщиной 0,3 мкм, служащий защитным слоем 6 и проводили фотолитографию для вскрытия окон в нем. При этом осуществляли подтравливание этого защитного слоя под края фоторезистивной маски 7 на величину, равную длине формируемого затвора. Затем, не снимая фоторезистивной маски 7, напыляли второй защитный слой Al 8 и методом вспучивания снимали фоторезистивную маску 7 с находящимся на нем Al.

Производили травление n⁺-слоя 2 до n-слоя 1 через щель между защитными слоями 6 и 8, при этом n⁺-слой подтравливался под края этих защитных слоев на 0,3 мкм.

Затем наносили фоторезист 9, заполняя полость, образованную под защитными слоями и проявляли. Поскольку нависающие края защитных слоев 6 и 8 непрозрачны, то в результате последней операции под краями защитных слоев 6 и 8 оставался фоторезист.

Проводили электро-химическое осаждение Au для создания затвора 10. Высота осажденного металла составляла 1,5 мкм.

Стравливали Al и проводили выделение активной области с помощью фотолитографии и меза-травления в травителе Н₂О₂: H₂SO₄ = 1: 3. Меза-травление осуществляли на глубину 1,5 мкм.

В результате был получен полевой транзистор с длиной канала 0,9 мкм, длиной затвора 0,3 мкм и с площадью поперечного сечения затвора, примерно равной 1,5 мкм ². (56) 1. Bantet P et al. "Submierometes Seff-Aligned GaAs MESFET", IEEE Transactions on microwive Theory and Techiques. VMTT-24, N 6, рр. 372-381, 1976.

2. Napoli L. et al. "High power GaAs FET amplitier-mullugate structure", 1973, Int. Solid. State Conf. Dig Tech Papers, рр. 82-83 (прототип).

СПОСОБ СОЗДАНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ, включающий формирование областей истока и стока, нанесение контактного слоя, создание активной области и формирование с помощью фотолитографии затвора, отличающийся тем, что, с целью получения полупроводниковых приборов с субмикронными длинами канала и затвора путем увеличения его поперечного сечения, формирование затвора осуществляют путем нанесения на контактный слой первого защитного материала, травления окон в нем, нанесения второго защитного материала на слой фоторезиста с находящимся на нем материалом второго защитного слоя, вытравливания контактного слоя с одновременным подтравливанием его под края защитного слоя, нанесения фоторезиста под края защитных слоев, осаждения барьерообразующего материала и удаления защитных слоев.