СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРОВ С ЗАТВОРОМ ТИПА БАРЬЕР ШОТТКИ Советский патент 1994 года по МПК H01L21/04 

Изобретение относится к электронной технике, и может быть реализовано при изготовлении полевых транзисторов преимущественно на арсениде галлия и интегральных схем субнаносекундного диапазона и СВЧ-транзисторов.

Известен способ изготовления полупроводниковых приборов, в котором на поверхность эпитаксиальной пленки наносят слой SiO₂, в котором вскрывают три окна в форме концентрических окружностей (1). Ширина среднего кольца определяет длину затвора, поэтому первую фотолитографию проводят проекционным методом для получения затвора размером 0,5 мкм. Зазор между кольцами также равен 0,5 мкм.

Во вскрытие окна напыляют Cr-Ni, затем проводят обычную фотолитографию, то есть закрывают среднее кольцо и частично - области стока и истока. Размер закрытой полосы составляет 3 мкм.

Далее напыляют сплав Au, Ge, который при вжигании растекается по поверхности эпитаксиального слоя до границ слоя SiO₂, создавая омические контакты стока и истока, расположенные на расстоянии 1,5 мкм при длине затвора 0,5 мкм.

Недостатком такого способа является использование дорогостоящей проекционной фотолитографии, прецизионного оборудования для точного совмещения рисунков в процессе фотолитографии, от которого зависит точность расположения 0,5 мкм затвора в 1,5 мкм формируемом зазоре между стоком и истоком.

Известен также способ изготовления полевых транзисторов, в котором на обтравленную площадку эпитаксиальной пленки напыляют слой Al и затем проводят фотолитографию, в результате которой вскрывают окна под сток и исток, причем подтравливают Al под фоторезистом до необходимых размеров с целью получения затвора минимальной ширины [2] .

Далее в окна напыляют сплав Au, Ge, Ni и удаляют фоторезист вместе со сплавом, находящимся на нем. Производят вжигание сплава с целью образования омических контактов стока и истока.

Длина канала транзистора определяется возможностями фотолитографии. В рассматриваемой работе были получены приборы с длиной затвора 0,3-0,7 мкм и длиной канала 1,5 мкм. Получение малых длин каналов связано с использованием дорогостоящей фотолитографии с чрезвычайно высокой разрешающей способностью, что является недостатком указанного способа.

Другим недостатком рассматриваемого способа является то, что сформированный затвор в дальнейшем подвергается нежелательному термическому воздействию при вжигании контактов стока и истока.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ изготовления полевых транзисторов с затвором типа барьера Шоттки на полупроводниковой подложке GaAs, включающий n-типа напыление сплава например, AuGe, а затем слоя SiO₂, в котором после фотолитографии вскрывают окно в слое SiO₂, травят слой сплава с подтравливанием под слой SiO₂, напыляют барьерный материал и далее производят известные операции (3).

Поскольку здесь длина канала определяется шириной вскрытого в слое SiO₂ окна и величиной подтравливания слоя сплава, то данный способ требует использование дорогостоящего прецизионного литографического оборудования (например, электронная литография) при создании транзисторов с малой длиной канала и субмикронной длиной затвора.

Другим существенным недостатком данного способа является то, что при завершении гравировки слоя сплава в окне SiO₂ происходит трудноконтролируемое травление эпитаксиального слоя GaAs n-типа. Этот известный факт не позволяет получить приборы с хорошей воспроизводимостью.

Целью изобретения является упрощение способа получения транзисторов с микронной и субмикронной длиной канала без использования прецизионного литографического оборудования и повышение выхода годных изделий.

Поставленная цель достигается тем, что в способе изготовления полевых транзисторов с затвором типа барьера Шоттки, на полупроводниковой подложке, включающем в себя нанесение и вжигание контактного сплава, напыление защитного слоя, вскрытие окна в защитном слое, нанесение барьерного материала, на структуре n-n_i типа, создают n⁺-слой, формируют контактные площадки истока и стока, формируют меза-структуры травлением n⁺ и n-слоев до подложки n_i-типа, создают маску из защитных материалов с узкой щелью, расположенной между контактными площадками стока и истока, контролируемым травлением n⁺-слоя до границы n-слоя через узкую щель маски из защитных материалов формируют канал, фотолитографией создают фоторезистивную маску, ограничивающую область напыления барьерного материала, напылением барьерного материала через фоторезистивную маску и узкую щель из защитных материалов формируют затвор и его контактную площадку, удаляют, фоторезистивную, маску и барьерный материал находящийся на ней, травлением удаляют маску из защитных материалов.

Причем на n-слое n-n_i полупроводниковой структуры создают n⁺ слой с толщиной, не превышающей половины разности длин канала и затвора и не менее толщины металлического слоя затвора.

Причем маску из защитных материалов с узкой щелью создают напылением первого защитного слоя, например, толщиной равной длине затвора, фотолитографией и травления вскрывают окно в этом слое, один край которого располагают между контактными площадками стока и истока, производят контролируемое подтравливание первого защитного слоя под край фоторезиста до величины соответствующей задаваемой длине затвора, не снимая фоторезиста, напыляют второй защитный слой (например, SiO₂), 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 n⁺-слоя через щель до границы n-слоя, при этом получают подтравливание n⁺-слоя под края защитных слоев. Ширина щели и величины подтравливания n⁺-слоя определяют длину канала.

Напыляют барьерный материал (например, Au) через маску фоторезиста. Маска фоторезиста служит для ограничения площадки напылением барьерного материала вблизи затвора и для формирования контактной площадки затвора на поверхности полуизолирующей подложки.

Наконец удаляют фоторезист с излишним барьерным материалом, оба защитных слоя с барьерным материалом на них.

Слой n⁺-типа предназначен для контролируемого создания канала малых размеров без увеличения паразитных сопротивлений стока, истока, и таким образом устраняется один из недостатков прототипа: низкая воспроизводимость параметров транзистора. С другой стороны использование участков n⁺-слоя в качестве контактов стока, истока и применение теневых напылений устраняет в предлагаемом способе другой недостаток прототипа: использование дорогостоящего прецизионного литографического оборудования.

Изобретение иллюстрируется чертежом, где на фиг. 1-8 схематически показаны основные этапы процесса создания транзистора.

На фиг. 1 показана структура GaAs после создания n⁺-слоя 1, граничащего с n-слоем 2 (n-слой 2 с другой стороны граничит с полуизолирующей подложкой 3).

На фиг. 2 показана структура со сформированными контактными площадками стока 4 (5) и истока 5(4). Контактные площадки 4 и 5 получены напылением сплава AuGe-Ni через маску фоторезиста и последующим удалением вспученного фоторезиста со сплавом, находящимся на фоторезисте. После вжигания контактные площадки 4 и 5 образуют с n⁺-слоем 1 омические контакты.

На фиг. 3 показана структура после выделения объема транзистора. Выделение объема достигается путем создания фотолитографией фоторезистивной маски и травления незащищенных участков n⁺ слоя 1 и n-слоя 2 до полуизолирующей подложки 3.

На фиг. 4 изображена структура после вскрытия окна в напыленном первом защитном слое (SiO₂) 6. Вскрытие окна производится травлением защитного слоя 6 через маску фоторезиста 7 при этом осуществляется контролируемое подтравливание защитного слоя 6 под края маски фоторезиста на заданную величину.

На фиг. 5 изображена структура после теневого напыления второго защитного слоя (Аl) 8 и последующего удаления вспученного фоторезиста с материалом, находящимся на фоторезисте.

На фиг. 6 показана структура после травления n⁺-слоя 1 через узкую щель, образованную между защитными слоями 6 и 8. Травление n⁺-слоя 1 в глубину до n-слоя 2 сопровождается его боковым растравливанием под края защитных слоев 6 и 8.

На фиг. 7 изображен результат напыления барьерного материала (Au) 9 и 10 через маску фоторезиста. Маска фоторезиста вместе с барьерным материалом, находящимся на ней удалена методом вспучивания фоторезиста.

На фиг. 8 показана готовая структура транзистора после удаления защитных слоев 6 и 8 и излишних участков барьерного материала 9 травлением материалов защитных слоев. Структура транзистора содержит n⁺-слой стока и истока 1, n-слой 2, полуизолирующую подложку 3, контактные площадки стока 4(5) и истока 5(4), и затвор типа барьера Шоттки 10.

П р и м е р. В структуре GaAs n-n_i-типа с ориентацией (100), в которой толщина n-слоя d_n= 0,6 мкм и концентрация электронов n= 2 х 10¹⁶ см^-3, ионным легированием серой создавали n⁺-слой толщиной dn⁺ ≈ 0,3 мкм с концентрацией электронов n⁺ ≈ 1х 10¹⁸ cм^-3. Тем самым получали структуру GaAs n⁺-n-n_i-типа.

Проводили фотолитографию и вскрывали в фоторезисте окна под контактные площадки стока и истока. Напыляли контактный сплав AuGe и Ni. Вспучивали фоторезист и удаляли его вместе со слоями AuGe и Ni, находящимися на нем. Проводили вжигание слоев AuGe и Ni в водородной среде при температуре 420^оС. Таким образом, получали контактные площадки стока и истока на n⁺-слое структуры.

Для выделения объема транзистора проводили вторую фотолитографию и меза-травление n⁺ и n-слоев структуры до полуизолирующей подложки n_i-типа, то есть на глубину 0,6 мкм. Использовался травитель 1: 3= H₂O₂: H₂SO₄.

Напыляли SiO₂ для первого защитного слоя толщиной 0,3 мкм и проводили третью фотолитографию, создавая маску из фоторезиста для вскрытия окна в слое SiO₂. Окно в слое SiO₂ должно располагаться так, что один край его помещается между контактными площадками стока и истока, а противоположный край - на контактной площадке стока или истока.

Проводили вскрытие окна в SiO₂ с контролируемым подтравливанием под края фоторезистивной маски на величину 0,3 мкм. При этом использовали травитель NH₄F+HF+H₂O₂.

Не снимая фоторезистивной маски и используя нависание краев фоторезистивной маски над слоем SiO₂, напыляли Al для второго защитного слоя толщиной 0,3 мкм. Затем методом вспучивания фоторезиста удаляли те участки слоя Al, которые располагались на фоторезистивной маске. Таким образом, образовывалась маска из защитных материалов с узкой щелью между краями первого и второго защитных слоев, величина которой соответствовала подтравливанию слоя SiO₂ под края маски фоторезиста, то есть 0,3 мкм.

Через щель между краями защитных слоев проводили контролируемое травление n⁺-слоя до границы n-слоя, при этом получали подтравливание n⁺-слоя под края защитных слоев на величину, равную глубине травления n⁺-слоя, то есть 0,3 мкм.

Проводилась четвертая фотолитография с целью создания фоторезистивной маски для формирования контактной площадки затвора и ограничения области напыления барьерного материала вблизи формируемого затвора. Края окна фоторезистивной маски, располагаемого над щелью между защитными слоями SiO₂ и Al должны размещаться в зазоре между контактными площадками стока и истока.

Осуществляли напыление слоя барьерного материала Au толщиной 0,2 мкм и методом вспучивания фоторезиста удаляли излишний барьерный материал. Благодаря нависанию краев защитных слоев SiO₂ и Al над n⁺-слоем на величину 0,3 мкм и малому расстоянию между ними -0,3 мкм на n-слое после напыления образуется затвор длиной l= 0,3 мкм, отстоящий от краев n⁺-слоев стока и истока на 0,3 мкм.

Далее удаляли защитные слои SiO₂ в травителе NH₄F: HF: H₂O и Al в травителе H₃PO₄: H₂O.

В результате получена структура GaAs полевого транзистора с затвором типа барьера Шоттки.

Настоящее изобретение позволяет создавать полевые транзисторы с затвором типа барьера Шоттки с субмикронными размерами длин канала и затвора без применения дорогостоящего и сложного в эксплуатации прецизионного литографического оборудования с высокой разрешающей способностью и точностью совмещения. Это обстоятельство позволяет в итоге снизить стоимость изделий. Простота контролирования технологических операций дает возможность получать изделия с высокой воспроизводимостью параметров, с большим процентом выхода годных изделий, что в итоге также сказывается на снижение стоимости продукции.

(56) 1. Si and GaAl 0,5 mcm Gate Shittky Barrier Field Effect Transistor J. Electronics Letters, 1973, 9, N 10, р. р. 232-233.

2. Submicrometer Self Alguet GaAs MESFEET. J. IEEE Transactions on mieronave theory and Techigns, 1976, v. 24, рр. 372-374.

3. Патент Франции NN 2098314, кл. Н 01 l 7/00, опублик. 1970 (прототип).

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРОВ С ЗАТВОРОМ ТИПА БАРЬЕР ШОТТКИ на полупроводниковой подложке, включающий в себя напыление и вжигание контактного сплава, напыление защитного слоя, вскрытие окна в защитном слое, напыление барьерного материала, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа получения транзисторов с субмикронной длиной канала и повышения выхода годных изделий, на структуре n - n_i-типа создают n⁺-слой, в n-слое формируют контактные площадки истока и стока, формируют меза-структуры травлением n⁺- и n-слоев до подложки, создают маску из защитных материалов с узкой щелью, расположенной между контактными площадками стока и истока, контролируемыми травлением n⁺-слоя до границы n-слоя, через узкую щель маски из защитных материалов формируют канал, фотолитографией создают фоторезистивную маску, ограничивающую область напыления барьерного материала, напылением барьерного материала через фоторезистивную маску и узкую щель маски из защитных материалов формируют затвор и его контактную площадку, удаляют фоторезистивную маску и барьерный материал, находящийся на ней, травлением удаляют маску из защитных материалов. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на n-слое n-полупроводниковой структуры создают n⁺-слой толщиной, не превышающей половину разности длин канала и затвора и не менее толщины металлического слоя затвора. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что маску из защитных материалов с узкой щелью создают напылением первого защитного слоя толщиной, равной длине затвора, фотолитографией и травлением вскрывают окно в первом защитном слое, один край которого располагают между контактными площадками стока и истока, а противоположный край - на контактной площадке стока или истока, производят подтравливание первого защитного слоя под края фоторезистивной маски на величину, равную длине затвора, не снимая фоторезистивной маски напыляют второй защитный слой, удаляют фоторезистивную маску с материалом второго защитного слоя, находящегося на ней.