DE3788471T2 - Verfahren zur Herstellung einer vertikaldifferenzierten Transistoranordnung. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung ist auf ein Verfahren zur Herstellung einer vertikaldifferenzierten Transistoranordnung gerichtet. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Schutz des Gate-Aufbaus eines vertikaldifferenzierten Transistoraufbaus während Abtragungsvorgängen gerichtet.
• Das gewaltige Wachstum der Halbleiterindustrie hat zu verbesserten Verfahren zur Herstellung vertikaldifferenzierter Transistoranordnungen geführt. Ein mit dieser Herstellung verbundenes Problem ist die schlechte Oberflächenbeschaffenheit, die sich häufig ergibt, nachdem vertikaldifferenzierte Transistoren durch reaktives Ionenätzen, typischerweise in einem Plasma auf Halogenbasis, definiert worden sind. Eine typische Erscheinung dieses Phänomens ist das "Gras", das auf der isolierenden Oberfläche eines vertikaldifferenzierten Halbleiteraufbaus aus einer III-V-Verbindung, typischerweise Aluminium-Gallium-Arsenid, zurückbleibt.
• Bis jetzt wurde die Oberfläche einer vertikaldifferenzierten Transistoranordnung mit schlechter Oberflächenbeschaffenheit einem Plasmaätzen in einer Halogenatmosphäre ausgesetzt. Obwohl das Gras mit diesem Verfahren erfolgreich entfernt wird und so die Oberflächenbeschaffenheit verbessert, hat sich herausgestellt, daß diese Methode unbefriedigend ist, da, während die dem Ätzen ausgesetzte horizontale Oberfläche verbessert wird, die vertikale Oberfläche des Gates auch geätzt wird, was zu deren Beschädigung führt. Dieser Effekt macht den Transistor unbrauchbar.
• Das Problem des Unterätzens beim photoelektrochemischen Ätzen von Transistoranordnungen ist ein Problem, das in der Technik seit langem bekannt ist. Verschiedene Methoden sind entwickelt worden, um mit diesem Problem fertig zu werden. Das heißt, es sind verschiedene Verfahren entwickelt worden, um das anisotrope Ätzen eines vertikaldifferenzierten Halbleiteraufbaus zu ermöglichen, ohne gleichzeitig seitlich zu Ätzen, was die oben beschriebenen, nachteiligen Auswirkungen hat.
• Eines dieser Verfahren wird in der US-Patentschrift 4 529 475 vorgestellt. In dieser Patentschrift werden ein Trockenätzapparat und eine Trockenätzmethode offenbart, von denen behauptet wird, daß damit anisotropes Ätzen erreicht wird, ohne Oberflächenbeschädigungen an einem Werkstück zu verursachen, das dem selektiven Ätzen ausgesetzt ist. Dieses wird durch Ätzen in einer Vakuumkammer erreicht, in die zwei Ausgangsgase eingelassen werden. Eines der Gase trägt zum Ätzvorgang bei, während das an deren Gas einen Film auf der Seitenwand des der Ätzung ausgesetzten Teils des Werkstücks bildet, um diese Wand vor seitlichem Ätzen zu schützen. Obwohl von dieser Methode gesagt wird, sie sei erfolgreich, bleibt das Problem, den so gebildeten Film zu entfernen. Es ist sehr schwer, den schützenden Film zu entfernen.
• Ein weiteres in der Technik entwickeltes Verfahren wird in der US-Patentschrift 4 528 066 vorgestellt. Das Verfahren der Patentschrift '066 enthält eine reaktive Ionenätztechnik, um eine Gate-Elektrode zu ätzen, die Schichten aus Wolframsilicid und polykristallinem Silicium enthält, ohne die darunterliegende Schicht aus Siliciumdioxid zu ätzen, die als Gate-Dielektrikum dient, das die Source- und Drain-Bereiche abdeckt. Die Erfindung der Patentschrift '066 beinhaltet das Abdecken des Gate mit Polytetrafluorethylen, um die Seitenwände des Gates vor übermäßigem Ätzen in seitlicher Richtung zu schützen, während das Ätzen auf jeder Seite des Gates am Boden fortgesetzt wird. Obwohl von dieser Methode gesagt wird, sie sei erfolgreich, ist wiederum das Entfernen der Polytetrafluorethylen-Abdeckung sehr schwierig.
• Eine dritte Entwicklung in dieser Technik enthält die US-Patentschrift 4 482 442. Die Patentschrift '442 offenbart ein Verfahren zum photoelektrochemischen Ätzen von Halbleiterverbindungen aus Galliumarsenid vom n-Typ und dem eng verwandten Gallium- Aluminium-Arsenid und Gallium-Aluminium-Phosphid. Bei diesem Verfahren wird der zu ätzende Bereich bestrahlt, während der Halbleiter mit einer wäßrigen Elektrolytlösung in Kontakt steht, die ein oxidierendes und ein lösendes Agens enthält, das das Produkt des Oxidationsprozesses löst. Die Verwendung eines oxidierenden Mittels stellt die Oxidation in Gegenwart von Licht sicher, ohne daß bei dessen Abwesenheit übermäßig oxidiert wird. So geschieht anisotropes Ätzen bei minimalem Ätzen der nicht belichteten Bereiche. Die Seite der Halbleiterscheibe wird deshalb nicht beleuchtet, wodurch seitliches Ätzen minimiert wird. Dieses Verfahren erfordert einen speziellen Ätzapparat, was die Komplexität des photoelektrochemischen Verfahrens erhöht.
• Obige Bemerkungen begründen die Notwendigkeit eines neuen Verfahrens in der Technik, um vertikaldifferenzierte Halbleiteraufbauten herzustellen, wobei seitliches Ätzen wirksam gesteuert wird, ohne Abdeckungen einzusetzen, die schwer zu entfernen sind, um das gewünschte Ergebnis zu bewirken. Es ist weiterhin ersichtlich, daß das Verfahren keine Änderungen am apparativen Aufbau erfordern sollte, der gewöhnlich bei der Halbleiterbearbeitung eingesetzt wird.
• Es ist nun ein Verfahren entdeckt worden, bei dem seitliches Ätzen, häufig als Fortsetzung der seitlichen Abtragung einer vertikalen Oberfläche bezeichnet, bei einem vertikaldifferenzierten Transistoraufbau im wesentlichen ausgeschlossen wird. Dieses Verfahren kommt ohne begleitendes Aufbringen von Seitenwandfilmen aus, die nicht leicht zu entfernen sind. Darüber hinaus geschieht das Verfahren in einer Ätzkammer, die sich nicht von dem Aufbau unterscheidet, der bei den Verfahren nach dem Stand der Technik für anisotropes Trockenätzen von Halbleiteranordnungen verwendet wird.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren geliefert, um gemäß Anspruch 1 einen vertikaldifferenzierten Halbleiteraufbau herzustellen.
• Diese Erfindung kann besser verstanden werden, wenn auf die anliegenden Abbildungen Bezug genommen wird, von denen:
• Fig. 1 eine schematische Darstellung des gewünschten vertikaldifferenzierten Halbleiteraufbaus ist;
• Fig. 2 eine schematische Darstellung eines vertikaldifferenzierten Halbleiteraufbaus ist, der durch schlechte Oberflächenbeschaffenheit gekennzeichnet ist;
• Fig. 3 eine schematische Darstellung des Halbleiters aus Figur 2 ist, der mit einer Erosionsmaske versehen ist.
• Fig. 4 eine schematische Darstellung des Halbleiters aus Figur 3 ist, nachdem die Erosionsmaske von der horizontalen Oberfläche des Halbleiters entfernt ist; und
• Fig. 5 eine schematische Darstellung des Halbleiters aus Figur 4 nach einem Erosionsvorgang ist.
• Die vorliegende Erfindung ist auf ein Verfahren zur Verbesserung der Oberflächenbeschaffenheit einer vertikaldifferenzierten Anordnung gerichtet. Insbesondere ist die Halbleiteranordnung, auf die das Verfahren der vorliegenden Erfindung angewendet werden kann, eine Feldeffekttransistor- oder ein Heteroübergangs-Bipolartransistoranordnung. Solche Transistoranordnungen umfassen ein Gate bzw. einen Emitter, die den Elektronenfluß über den Heteroübergang des Transistors steuern, das heißt, das Gate (der Emitter) steuert den elektrischen Strom, der durch die Transistoranordnung fließt.
• Eine besonders bevorzugte Klasse von Transistoranordnungen im Rahmen der Erörterung der vorliegenden Erfindung sind die sogenannten III-V-Verbindungshalbleiter. Der Fachmann weiß, daß Halbleiter aus Galliumarsenid/Aluminium-Gallium-Arsenid die kommerziell am weitesten entwickelten Vertreter dieser Halbleiterklasse sind. Weitere im Rahmen der Erörterung des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugte III-V-Verbindungshaltleiter umfassen Aluminiumarsenid, Indiumarsenid, Aluminiumantimonid, Galliumantimonid, Indiumantimonid und ähnliches.
• Da ein Halbleiter aus Galliumarsenid/Aluminium-Gallium-Arsenid das bevorzugteste Ausführungsbeispiel des Halbleiters im Rahmen der Erörterung der vorliegenden Erfindung ist, wird die Beschreibung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf eine solche Halbleiteranordnung durchgeführt. Es sollte jedoch erkannt werden, daß alle III-V-Verbindungshalbleiter gemäß dem Verfahren bearbeitet werden, das unten für Galliumarsenid-Halbleiteranordnungen geliefert wird.
• Fig. 1 zeigt einen gewünschten, vertikaldiffernzierten Galliumarsenid-Halbleiter 1. Die Halbleiteranordnung 1 kann entweder ein Feldeffekttransistor oder ein Heteroübergangs-Bipolartransistor sein. Eine solche Anordnung ist durch das Vorhandensein eines Gates 5 gekennzeichnet, das einen metallischen Kontakt 2, der in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein widerstandsfähiges Metall ist, und einen dotierten Kristall aus Galliumarsenid umfaßt. Ein widerstandsfähiges Metall, das insbesondere für den Gebrauch in einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel bevorzugt wird, ist Molybdän-Germanium. Die horizontale Oberfläche 7 der Anordnung 1 ist mit einer isolierenden Schicht 6 bedeckt, die im Fall eines Galliumarsenid-Halbleiters aus Aluminium-Gallium-Arsenid besteht. Ein undotierter Galliumarsenid- Kristall aus Galliumarsenid 10 liegt unter der Schicht 6, unter der sich der Substrat-Kristall 12 aus Galliumarsenid befindet.
• Unglücklicherweise wird die gewünschte Anordnung häufig nicht mit üblichen Herstellungsverfahren produziert. Typischerweise ist wenigstens eine horizontale Oberfläche während des üblichen Schritts der anisotropen Trockenätzung beim Transistorherstellungsverfahren nachteiligen Oberflächeneffekten ausgesetzt. Dieses wird in Fig. 2 dargestellt. Eine Galliumarsenid-Halbleiteranordnung, mit 20 bezeichnet, ist durch eine schlechte Oberflächenbeschaffenheit der horizontalen Oberfläche 7 der Abdeckung 6 aus Aluminium-Gallium-Arsenid gekennzeichnet. Diese stellt sich als "Gras" dar, bei 9 abgebildet. Dieses Gras 9 besteht aus kleinen Metallspitzen aus Galliumarsenid. Diese Metallspitzen haben zur Folge, daß die Anordnung 20 unbrauchbar ist. Um die gewünschte Anordnung 1 aus Fig. 1 herzustellen, muß das Gras 9 entfernt werden, ohne andere Oberflächen der Halbleiteranordnung 20 nachteilig zu beeinflussen.
• Nach dem Stand der Technik ist bekannt, daß anisotropes Trockenätzen, d. h. reaktives Ionenätzen oder reaktives Ionenstrahlätzen, das Gras 9 wirksam entfernt. Diese Behandlung hat jedoch auch seitliches Ätzen des dotierten Galliumarsenids zur Folge. Besonders die vertikale Oberfläche 11 des dotierten Galliumarsenid-Kristalls 4 von Gate 5 ist dem schädlichen Ätzen ausgesetzt. Wiederum kann das Ätzen der Oberfläche 11 die Anordnung 20 funktionsunfähig machen.
• Um dieses Problem auf eine mit dem Entfernen des Grases 9 verträgliche Art zu überwinden, ist ein Verfahren entwickelt worden, dessen erster Schritt die Abdeckung der Anordnung 20 mit einer Kontrollmaske beinhaltet. Diese Kontrollmaske ist ein Fotolack, der dem Fachmann für Transistortechnik als widerstandsfähig gegenüber der Ätzwirkung eines anisotropen Trockenätzverfahrens bekannt ist. Das Ergebnis dieses Schrittes an der Anordnung 20 wird in Fig. 3 dargestellt, in der der Fotolack als 13 dargestellt ist.
• Wie Fig. 3 zeigt, bedeckt der Fotolack die gesamte horizontale Oberfläche 7 wie auch das Gate 5. Aus den obigen Ausführungen ist jedoch offensichtlich, daß es das Ziel ist, die Oberfläche 7 zu ätzen, ohne die anfällige Oberfläche des Gates 5, die seitliche Oberfläche 11 des dotierten Galliumarsenid-Kristalls 4, zu ätzen. Um dieses erwünschte Ergebnis zu erreichen, muß der Fotolack vor dem Ätzen von der Oberfläche 7 entfernt werden, ohne daß er von der Oberfläche 11 entfernt wird. Dieses Ergebnis ist nur dann möglich, wenn der Halbleiteraufbau ein Feldeffekt- oder Heteroübergangs-Bipolartransistor oder irgendeine andere derartige Anordnung ist, die mit einem "T"-förmigen Gate versehen ist.
• Wie dem Fachmann bekannt ist, kann ein positiver Fotolack entfernt werden, indem man ihn ultravioletten Strahlen aussetzt. Deshalb wird das Fotolackmuster 13 bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung durch Belichtung mit vertikal einfallenden ultravioletten Strahlen und anschließende Entwicklung definiert. Wegen der "T"-Form des Gates 5 wirken die vertikal einfallenden Strahlen, die senkrecht auf der Oberfläche 7 stehen, nicht auf den Fotolack 13, der an der Oberfläche 11 liegt, da die ultravioletten Strahlen durch den Überhang des Metallkontakts 2 abgeschirmt werden. Deshalb bleibt der Fotolack über der Oberfläche 11 des dotiertem Galliumarsenid-Kristalls 4 erhalten.
• Dieses Ergebnis des Entfernens des Fotolacks von der horizontalen Oberfläche der Transistoranordnung wird in Fig. 4 gezeigt. In Fig. 4 wird die Anordnung 20 so gezeigt, wie sie nach den Schritten der Ultraviolettbelichtung und Entwicklung erscheint. Eine Schicht aus Fotolack 13 bedeckt die vertikale Oberfläche 11 des dotierten Galliumarsenid-Kristalls 4, doch bedeckt sie nicht die horizontale Oberfläche 7.
• Die Transistoranordnung 20 ist nun für das Entfernen des Grases 9 bereit, das sich noch auf der Oberfläche 7 der Aluminium-Gallium-Arsenid-Abdeckung 6 befindet. An dieser Stelle wird die Anordnung einer üblichen, isotropen Trockenätzung ausgesetzt, üblicherweise ein Plasma aus einem Halogen, vorzugsweise Chlor. Die Verhältnisse beim isotropen Trockenätzen wirken nicht auf die Aluminium-Gallium-Arsenid-Oberfläche. Trockenätzen führt zum Entfernen des Grases 9, was eine deutliche Verbesserung der Oberflächenbeschaffenheit der horizontalen Oberfläche 7 zur Folge hat. Gleichzeitig findet kein Ätzen der Oberfläche 11 statt, da diese mit dem Fotolack 13 bedeckt ist. In Fig. 4 ist das Ergebnis grafisch dargestellt, das sich ergibt, nachdem die Anordnung 20 dem Trockenätzen ausgesetzt worden ist.
• Anders als bei den Verfahren nach dem Stand der Technik ist der letzte Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens, das Entfernen der Kontrollmaske von Oberflächen, die seitlichem Ätzen ausgesetzt waren, verhältnismäßig einfach. Der Fachmann weiß, daß Fotolack in üblichen, organischen Lösungsmitteln leicht löslich ist. Vorzugsweise wird Aceton oder N-Methylpyrollidon als organisches Lösungsmittel verwendet, wobei Aceton besonders bevorzugt wird. Natürlich sind die Halbleitermaterialien der Transistoranordnungen, die in der vorliegenden Erfindung bevorzugt verwendet werden, die III-V-Verbindungshalbleiter, in den zur Entfernung des Fotolacks 13 verwendeten organischen Lösungsmitteln unlöslich. Somit ergibt die Behandlung der Anordnung 20 mit dem organischen Lösungsmittel, das in dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, die Bildung der gewünschten Anordnung 1, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist. Diese Lösungsmittelbehandlung stellt den letzten Schritt des Verfahrens dar.

Claims (10)

1. Verfahren zur Bearbeitung eines vertikaldifferenzierten Halbleiteraufbaus, das folgendes umfaßt:

Lieferung eines vertikaldifferenzierten Halbleiteraufbaus mit einer horizontalen Oberflächenschicht (6), die über einem Substrat (10, 12) liegt, und einem Gate (5), das einen dotierten Kristall (4) enthält, der auf einem Teilbereich der genannten horizontalen Oberflächenschicht aufgebracht ist, wobei der dotierte Kristall mit vertikalen Oberflächen (11) und einem Anschluß (2) versehen ist, der oben auf dem dotierten Kristall angebracht ist, wobei der Anschluß und der dotierte Kristall in einer T-Form angeordnet sind, wobei der Anschluß den horizontalen Teil des T bildet;

Bedecken der Anordnung einschließlich des T-förmigen Gates (5) mit einem positiven Fotolack (13);

Entfernen des Fotolacks (13) von der genannten horizontalen Oberflächenschicht, indem (i) der Fotolack vertikal einfallender Strahlung ausgesetzt wird, gegen die der Fotolack an der vertikalen Oberfläche (11) des Gates (5) unter dem Überhang durch den Überhang, der für die Strahlung undurchlässig ist, abgeschirmt wird, und (ii) anschließendes Entwickeln, so daß Fotolack (13) zurückbleibt, der die vertikalen Oberflächen (11) abdeckt;

Aussetzen des Aufbaus einem isotropen Ätzen, wobei das Ätzen der vertikalen Oberflächen (11) durch den Fotolack (13) verhindert wird, wodurch die Oberflächenbeschaffenheit der unbedeckten horizontalen Oberflächen (7) verbessert wird; und Entfernen des Fotolacks (13) von den vertikalen Oberflächen (11)

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Fotolack (13) von der horizontalen Oberfläche (7) des Halbleiteraufbaus entfernt wird, indem er vertikal einfallender Ultraviolettstrahlung und anschließender Entwicklung ausgesetzt wird.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das isotrope Ätzen beinhaltet, daß der Halbleiteraufbau einer Trockenätzung ausgesetzt wird.

4. Verfahren gemäß der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Fotolack (13) durch ein organisches Lösungsmittel, in dem der Halbleiteraufbau unlöslich ist, von der vertikalen Oberfläche (11) der Halbleiteranordnung entfernt wird.

5. Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei das Lösungsmittel aus einer Gruppe ausgewählt wird, die aus Aceton und N-Methylpyrollidon besteht.

6. Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei das Lösungsmittel Aceton ist.

7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Halbleiteraufbau eine Feldeffekttransistoranordnung ist.

8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Halbleiteraufbau eine Heteroübergangs-Bipolartransistoranordnung ist.

9. Verfahren gemäß der Ansprüche 1 bis 8, wobei der vertikaldifferenzierte Halbleiteraufbau eine III-V-Verbindungshalbleiteranordnung ist.

10. Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei der III-V-Verbindungshalbleiter eine Galliumarsenid/Aluminium-Gallium-Arsenid-Halbleiteranordnung ist.