CS266957B1

CS266957B1 - Method of mesfet-transistors' electrodes production

Info

Publication number: CS266957B1
Application number: CS863864A
Authority: CS
Inventors: Tibor Ing Csc Lalinsky
Original assignee: Tibor Ing Csc Lalinsky
Priority date: 1986-05-26
Filing date: 1986-05-26
Publication date: 1990-01-12
Also published as: CS386486A1

Abstract

Riešenie sa týká odboru technologie mikrovlnných polovodičových súčiastok. Rieši problém výroby tranzistorov typu MESFET na aktívnych vrstvách arzenidu gália. OČelom riešenia je zjednodušenie technologických postupov s možnosťou tvarovania ohmických kontaktov a Schottkyho hradla nezávisle na ich vzájomnom poradí, zváčšenie přesnosti súkrytovania jednotlivých metalizačných úrovní a zlepšenie základných elektrických parametrov ohmických kontaktov a Schottkyho hradlovej bariéry. Uvedeného účelu je možné dosiahnúť. tým, že tvorba zlievaných ohmických kontaktov a formovanie Schottkyho hradlovej bariéry je ostatnou technologickou operáciou, pri ktorej sú obidva metalizačné vrstvy súčasne žíhané v redukčnej atmosféře vodíka rýchlym teplotným cyklom. Riešenie je možné využit v oblasti výroby diskrétnych tranzistorov typu MESFET na aktívnych vrstvách arzenidu gália.The solution relates to technology microwave semiconductor devices. solves the problem of producing MESFET type transistors the active layers of gallium arsenide. Steels solution is to simplify technological solutions processes with the possibility of shaping ohmic contacts and Schottky gates independently of each other their order, increasing the accuracy individual metallization levels and improving basic electrical parameters ohmic contacts and Schottky gate barriers. This purpose can be achieved. by making the cast ohmic contacts and formation of Schottky gate barriers is another technological operation, wherein both metallization layers are simultaneously annealed in a reducing hydrogen atmosphere temperature cycle. The solution is possible used in the production of discrete transistors type MESFET on active arsenide layers gallium.

Description

Vynález sa týká spósobu výroby elektrod tranzistorov typu MESFET na aktívnych vrstvách arzenidu gália, GaAs, připravených implantáciou iónov kremíka do poloizolačných nedotovaných substrátov arzenidu gália.The present invention relates to a method of manufacturing MESFET-type electrodes on active layers of gallium arsenide, GaAs, prepared by implanting silicon ions into semi-insulating undoped gallium arsenide substrates.

Doteraz známe spůsoby výroby tranzistorov typu MESFET .využívají různé technologické postupy pri použití různých metalizačných systémov. Z hladiska funkcie uvedeného typu tranzistora je dóležité dosiahnút optimálně elektrické parametre nielen pre aktívnu vrstvu arzenidu gália, ale predovšetkým pre ohmibké kontakty a Schottkyho hradlové rozhranie. Ohmické kontakty sa najčastejšie pripravujú zlievacou technológiou na báze metaližačného systému pozostávajúceho zo zlata, germánia a niklu. Schottkyho hradlová bariéra je najčastejšie vytvořená metalizačným systémom pozostávajúcim z titánu, platiny a zlata. Pr> mikrotvarovaní oboch zložitých metalizačných systémov sa výhodné využívá lift-off technika. Nevýhodou uvedenej techniky mikrotvarovania je, že pri jej použití nie je možné dokonale očistit povrch arzenidu gália před depozíciou uvedených metalizačných systémov, nakolko metalizačné systémy musia byť deponované pri izbovej teplote, resp. pri teplotách nižších ako 80 °C.Hitherto known methods of manufacturing MESFET type transistors use different technological procedures using different metallization systems. From the point of view of the function of the mentioned type of transistor, it is important to achieve optimal electrical parameters not only for the active layer of gallium arsenide, but especially for ohmic contacts and Schottky gate interface. Ohmic contacts are most often prepared by casting technology based on a metallization system consisting of gold, germanium and nickel. The Schottky gate barrier is most often formed by a metallization system consisting of titanium, platinum and gold. The lift-off technique is advantageously used for the microforming of both complex metallization systems. The disadvantage of the mentioned micromolding technique is that when using it it is not possible to completely clean the surface of gallium arsenide before the deposition of said metallization systems, as the metallization systems must be deposited at room temperature, resp. at temperatures below 80 ° C.

Reziduálne zvyšky, ktoré sú preto přítomné na povrchu arzenidu gália po procese fotolitografického spracovania fotorezistu a následného chemického leptania vo forme oxidových medzivrstiev a různých uhlíkových zlúčenín, v podstatnej miere ovplyvňujú elektrické parametre vytvořených zlievaných ohmických kontaktov a predovšetkým Schottkyho bariér, v bežne zaužívaných technologických spósoboch výroby tranzistorov typu MESFET pri použití uvedených metalizačných systémov sa proces tvarovania Schottkyho hradla uskutočňuje po procese zlievania ohmických kontaktov. Schottkyho hradlová bariéra vytvořená na takomto nedokonale očistenom povrchu sa vyznačuje zvýšenou hodnotou koeficienta ideálnosti, nižšou hodnotou výšky potenciálovej bariéry a zníženou tepelnou stabilitou. Teplotně režimy používané pre optimálny proces zlievania ohmických kontaktov často nedovolujú voliť proces tvarovania Schottkyho hradla před procesom tvarovania a zlievania ohmických kontaktov v důsledku možnej degradácie Schottkyho hradlovéj bariéry počas tohto procesu zlievania.Residual residues, which are therefore present on the surface of gallium arsenide after the process of photolithographic processing of photoresists and subsequent chemical etching in the form of oxide interlayers and various carbon compounds, significantly affect the electrical parameters of formed cast ohmic contacts and especially Schottky barriers in commonly used technological processes. of MESFET type transistors using said metallization systems, the Schottky gate shaping process is performed after the ohmic contact casting process. The Schottky gate barrier formed on such an imperfectly cleaned surface is characterized by an increased value of the ideal coefficient, a lower value of the height of the potential barrier and a reduced thermal stability. The temperature modes used for the optimal ohmic contact casting process often do not allow to select the Schottky gate shaping process before the ohm contact shaping and casting process due to possible degradation of the Schottky gate barrier during this casting process.

V uvedenom konvenčnom technologickom spůsobe můžu vzniknúť tiež problémy pri zosúkrytovaní daných metalizačných úrovní, pretože hrany metalizácie pre ohmický kontakt na súkrytových značkách po procese zlievania sú neostré.In said conventional technological method, problems can also arise in concealing the given metallization levels, because the metallization edges for the ohmic contact on the concealed marks after the casting process are blurred.

Uvedené nevýhody v podstatnej miere odstraňuje spůsob výroby elektrod tranzistorov typu MESFET podlá vynálezu, ktorého podstata spočívá v tom, že obidve metalizačné vrstvy ohmických kontaktov a hradla sa žíhajú pri teplote 400 až 520 °C v redukčnej atmosféře vodíka s rýchlosťou ohřevu 20 až 200 °C.s ³ a následné ochladzujú s rýchlosťou aspoň 50 °C.s ³.These disadvantages are substantially eliminated by the method of manufacturing MESFET electrodes according to the invention, the essence of which consists in that both metallization layers of ohmic contacts and gates are annealed at a temperature of 400 to 520 ° C in a hydrogen reducing atmosphere with a heating rate of 20 to 200 ° C. ³ and subsequently cooled at a rate of at least 50 ° Cs ³ .

Hlavnou presnosťou vynálezu je, že umožňuje vyrábať tranzistory, ktoré sa vyznačujú hodnotou měrného kontaktného odporu ohmických kontaktov nižšou než 0,05JLmm, výškou potenciálovej bariéry Schottkyho hradlového rozhrania vSčšou než 0,74 V a koeficientom ideálnosti aspoň 1,08. Takto připravené tranzistory sa vyznačujú zlepšenými jednosměrnými, ako aj vysokofrekvenčnými elektrickými vlastnosťami a naviac tiež velmi dobrou tepelnou stabilitou Schottkyho hradlového rozhrania. Ďalšou výhodou je možnosť voliť technologický proces tvarovania hradla a ohmických kontaktov nezávisle na ich vzájomnom poradí a zosúkrytovať uvedené metalizačné úrovně s podstatné vSčšou presnosťou, pretože metalizačný systém pre ohmický kontakt nie je pri zosúkrytovaní zlievaný, čím sa dosiahne dokonalá ostrost hrán na súkrytových značkách. Spůsob výroby tranzistorov typu MESFET podlá vynálezu je možné aplikovat v běžných laboratórnych podmienkach, nie je náročný na často zložité chemické procesy čistenia povrchu arzenidu gália pres depozíciou Schottkyho metaližačného systému, pretože aplikáckou daného teplotného cyklu sa minimalizuje vplyv oxidových medzivrstiev v důsledku prebiehajúcich fyzikálno-chemických procesov na Schottkyho hradlovom rozhraní. Pretože zlievanie ohmických kontaktov a formovanie Schottkyho hradla je ostatnou technologickou operáciou, je možné proces optimálneho zlievania a formovania uvedených kontaktov uskutečnit priamo na jednotlivých čipoch po nalámaní.The main accuracy of the invention is that it makes it possible to produce transistors which have a resistive contact resistivity value of less than 0.05 .mu.m, a Schottky gate interface potential barrier height of more than 0.74 V and an idealization coefficient of at least 1.08. The transistors prepared in this way are characterized by improved unidirectional as well as high-frequency electrical properties and, in addition, very good thermal stability of the Schottky gate interface. Another advantage is the possibility to select the technological process of gate shaping and ohmic contacts independently of their mutual order and to hide said metallization levels with substantially greater accuracy, because the metallization system for ohmic contact is not fused during concealment, thus achieving perfect edge sharpness on concealed marks. The method of manufacturing MESFETs according to the invention can be applied under normal laboratory conditions, it is not demanding on often complicated chemical processes of gallium arsenide surface cleaning via Schottky metallization system deposition, because application of a given temperature cycle minimizes the influence of oxide interlayers due to at the Schottky gate interface. Since the casting of the ohmic contacts and the formation of the Schottky gate is another technological operation, it is possible to carry out the process of the optimal casting and forming of said contacts directly on the individual chips after breaking.

CS 266 957 Bl 3CS 266 957 Bl 3

Na pripojenom výkrese je schematicky znázorněný spósob výroby elektrod tranzistorov typu MESFET, kde obr. 1 znázorňuje depozíciu a tvarovanie Schottkyho metalizačnej vrstvy hradla, obr. 2 depozíciu a tvarovanie metalizačnej vrstvy ohmických kontaktov, obr. 3 depozíciu a tvarovanie vrstvy kontaktovéj metalizácie a obr. 4 žíhanie uvedených metalizácií.The attached drawing schematically shows a method of manufacturing electrodes of MESFET type transistors, where FIG. 1 shows the deposition and shaping of a Schottky metallization layer of a gate, FIG. 2 shows the deposition and shaping of the metallization layer of ohmic contacts, FIG. 3 shows the deposition and shaping of a contact metallization layer, and FIG. 4 annealing of said metallizations.

Na nedotovanom poloizolačnom substráte £ podlá obr. 1 je vytvořená aktívna vrstva 2, na ktorej je deponovaná metalizačná vrstva £ hradla.On the non-doped semi-insulating substrate £ according to FIG. 1, an active layer 2 is formed, on which a metallization layer 6 of the gate is deposited.

Aktívna vrstva 2 sa na poloizolačnom substráte £ arzenidu gália vytvoří priamou implantáciou iónov kremíka do hrůbky 300 nm. Schottkyho metalizačná vrstva £ hradla na báze titánu, platiny a zlata sa deponuje pomocou elektronového děla na povrch aktívnej vrstvy 2 v hlbke 150 nm a vytvaruje lift-off technikou.The active layer 2 is formed on the semi-insulating substrate of gallium arsenide by direct implantation of silicon ions to a depth of 300 nm. The Schottky metallization layer 6 of a gate based on titanium, platinum and gold is deposited by means of an electron gun on the surface of the active layer 2 at a depth of 150 nm and formed by a lift-off technique.

Podlá obr. 2 je na systéme z obr. 1 dalej vytvořená metalizačná vrstva £ ohmických kontaktov na aktívnej vrstvě _2.According to FIG. 2 is in the system of FIG. 1 further shows a metallization layer of ohmic contacts on the active layer 2.

Po depozícii a tvarovaní Schottkyho metalizačnej vrstvy £ hradla sa deponuje a tvaruje lift-off technikou metalizačná vrstva £ ohmických kontaktov na báze zlata, germánia a niklu.After deposition and shaping of the Schottky metallization layer, the metallization layer of ohmic contacts based on gold, germanium and nickel is deposited and formed by lift-off technique.

Podlá obr. 3 je na systéme z obr. 2 dalej vytvořená vrstva £ kontaktovej metalizácie na metalizačnej vrstvě £ ohmických kontaktov.According to FIG. 3 is in the system of FIG. 2 further forms a contact metallization layer 6 on a metallization layer of ohmic contacts.

Nasledovná technologická operácia pozostáva z tvarovania vrstvy £ kontaktovej metalizácie na báze titánu a zlata.The following technological operation consists of forming a layer of contact metallization based on titanium and gold.

Podlá obr. 4 je systém z obr. 3 umiestnený v žíhacej peci.According to FIG. 4 is the system of FIG. 3 placed in an annealing furnace.

Uvedené metalizačná vrstvy 3, £ a vrstva £ kontaktovej metalizácie sa v ostatnej technologickej operácii žíhajú v redukčnej atmosféře vodíka pri teplote 400 až 520 °C s rýchosťou ohřevu 20 až 100 °C/s a následné ochladzujú s rýchlosťou aspoň 50 °C/s. Uvedeným žíháním prebieha proces zlievania ohmických kontaktov a súčasne sa tiež formujú vlastnosti Schottkyho hradlovéj bariéry.In a further technological operation, said metallization layers 3, 6 and the contact metallization layer 6 are annealed in a hydrogen reducing atmosphere at a temperature of 400 to 520 ° C with a heating rate of 20 to 100 ° C / s and subsequently cooled at a rate of at least 50 ° C / s. Said annealing takes place in the process of casting the ohmic contacts and at the same time the properties of the Schottky gate barrier are also formed.

Vynálezu móže nájsť široké priemyselné využitie najmá pri výrobě diskrétnych tranzistorov typu MESFET na aktívnych vrstvách arzenidu gália. Móže byť využitý taktiež pri výrobě analogových, ako aj logických integrovaných obvodov.The invention can find wide industrial application, especially in the production of discrete MESFETs on active gallium arsenide layers. It can also be used in the production of analog as well as logic integrated circuits.

Claims

OBJECT OF THE INVENTION

Process for the production of MESFET electrodes on the active layer of gallium arsenide, consisting of deposition and shaping of a metallic layer of ohmic contacts based on gold, germanium and nickel and a Schottky metallization layer of a gate based on titanium, platinum and gold, characterized in that both metallization layers (3) , 4) the ohmic contacts and gates are annealed in a reducing atmosphere of hydrogen at a temperature of 400 to 520 ° C with a heating rate of 20 to 100 ° Cs ¹ and subsequently cooled at a rate of at least 50 ° Cs T