DE3844339C2 - Verfahren zur Herstellung von Gate-Elektroden - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gate-
Elektroden nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Das Verfahren findet insbesondere Verwendung bei der Herstellung
von Schottky-Gate-Feldeffekttransistoren für monolithisch inte
grierte Mikrowellenschaltungen (MMIC).
Aus der nicht vorveröffentlichten Offenlegungsschrift 39 11 512 ist ein Verfahren
zur Herstellung von Gate-Elektroden bekannt, bei dem Gate-Elek
troden mit einer geringen Gate-Länge im Verhältnis zur Gate-Höhe
hergestellt werden. Bei diesem Verfahren wird die
Gate-Struktur aus einer Schichtenfolge aus Fotolack und
dielektrischem Material geätzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
anzugeben, bei dem gleichzeitig Gate-Elektroden und elek
trische Leitungen technisch einfach hergestellt werden.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des
Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteil
hafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind den Un
teransprüchen zu entnehmen.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß z. B.
bei der Herstellung von MMIC′s ein Maskierungsschritt ein
gespart wird, da die Herstellung der MMIC-Leitungen und
die Herstellung der Gate-Elektrode in einem Elektropla
tierprozeß möglich ist. Desweiteren läßt sich mit wenigen
Verfahrensschritten eine hohe Gate-Elektrode mit sehr
schmalem Gate-Fuß erzeugen ohne daß die Halbleiterwände
parasitär metallisiert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden anhand
eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf schemati
sche Zeichnungen näher erläutert.
In den Fig. 1 bis 6 sind die wesentlichen Verfahrens
schritte abgebildet.
Das Verfahren zur Herstellung der Gate-Elektrode erfolgt
nach
- - der Isolierung der auf einem Wafer angeordneten Bauele mente (Feldeffekttransistoren, Dioden),
- - der Passivierung der Bauelementoberfläche z. B. mit einer Si₃N₄- oder SiOx-Schicht,
- - der Strukturierung der Bauelementoberfläche für die ent sprechenden ohmschen Kontakte der MMIC-Bauelemente und Le gierung der ohmschen Kontakte.
Auf die Bauelementoberfläche wird ganz flächig Fotolack
z. B. PMMA von ca. < 1 µm aufgeschleudert. In diese erste Fo
tolackschicht 2 wird die Gate-Struktur für einen Feldef
fekttransistor und die Struktur für die MMIC-Leitungen
durch geeignete Foto- und Ätzprozesse z. B. durch reaktives
Ionenätzen eingeprägt. Es entstehen sowohl ein Fenster 5a
für die Gate-Elektrode als auch die Öffnungen für die
MMIC-Leitungen in der Fotolackschicht 2 (Fig. 1). In einem
nachfolgenden RIE(reactive ion etching)-Prozeß wird die
Passivierungsschicht 3 und die Fotolackschicht 2 in einem
ersten Ätzschritt anisotrop geätzt und in einem zweiten
Ätzschritt nochmals die Fotolackschicht 2 isotrop geätzt.
Es bildet sich ein gestufter Graben 5 aus. Durch einen
naßchemischen Ätzschritt wird ein in die oberste Epitaxie
schicht 1, z. B. in eine GaAs-Schicht, versenkter, im Quer
schnitt z. B. trapezförmiger oder halbkreisförmiger Graben
6 eingebracht (Fig. 2), der die endgültige Kanaldicke des
Feldeffekttransistors festlegt (Gate-Recessing).
Gleichzeitig mit dem Gate-Recessing wird die Struktur der
MMIC-Leitungen in die oberste Epitaxieschicht 1 übertra
gen.
Durch einen anisotropen Sputter- oder Aufdampfprozeß wird
eine dünne Metallschicht 8a, z. B. aus einer Ti/Pt/Au-, ei
ner Ti/Au- oder einer Cr/Au-Legierung auf die erste Foto
lackschicht 2 und die Grabenwände des gestuften Grabens 5
abgeschieden, sowie ein schmaler Metallsockel 7 im z. B.
trapezförmigen, versenkten Graben 6 erzeugt. Der Metall
sockel 7 besitzt eine Höhe entsprechend der Grabentiefe
des trapezförmigen Grabens 6 und grenzt an die me
tallbeschichteten Grabenwände des gestuften Grabens 5
(Fig. 3). In einem isotropen Sputterprozeß wird eine unge
fähr 0,1 bis 0,2 µm dicke, zweite Metallschicht 8b, z. B.
aus Au oder einer Ti/Au-Legierung auf die erste Metall
schicht 8a aufgebracht, so daß ein zusammenhängender Me
tallfilm entsteht, der die Gate-Fuß-Struktur festlegt
(Fig. 4). Die zweite Metallschicht 8b bildet die Kontakt-
Platierstartschicht, auf der sich beim nachfolgenden Elek
troplatieren das platierte Gold feinkörnig abscheidet.
Durch den Metallsockel 7 wird vermieden, daß sich beim
isotropen Sputterprozeß auf den Grabenwänden im trapezför
migen Graben 6 eine Metallschicht ablagert. Dadurch erhält
man eine geringe Gate-Source-Kapazität des Feldeffekttran
sistors und vermeidet Langzeitdegradation.
Anschließend wird auf den Metallschichten 8a, 8b außerhalb
des Grabens ganz flächig eine zweite Fotolackschicht 9 auf
geschleudert. Es werden Kontaktfenster für die MMIC-Lei
tungen und die Gate-Elektrode geöffnet, z. B. mit einem
Elektronenstrahlschreiber oder durch Kontaktlithografie.
Je nach Einstellung der Elektronenstrahl-Keule bzw. der
Belichtungszeit bei der Kontaktlithografie können ver
schiedene Gate-Formen hergestellt werden. Besonders vor
teilhaft sind T-förmige Gate-Strukturen, da der Gatewider
stand drastisch reduziert wird und damit
- a) das Rauschverhalten verbessert und
- b) die maximale Grenzfrequenz der Transistoren erhöht wird.
Die geöffneten Gate- und NMIC-Leitungsstrukturen werden
mit Gold durch Elektroplatieren gefüllt (Fig. 5).
Anschließend werden die zwei Fotolackschichten 2, 9 und
die dazwischen liegenden Metallschichten 8a, 8b entfernt.
Die hohe Gate-Elektrode mit einem sehr schmalen Gate-Fuß,
die ohmschen Kontakte und die entsprechenden MMIC-Leitun
gen sind auf der Bauelementoberfläche planar angeordnet.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich sowohl zur Her
stellung von Gate-Elektroden bei Einzelbauelementen als
auch zur Herstellung von Gate-Elektroden in komplexen
Schaltungen.
Claims (7)
1. Verfahren zur Herstellung von Gate-Elektroden, insbe
sondere Ätzverfahren zur Herstellung von elektroplatierten
Schottky-Gate-Elektroden, dadurch gekennzeichnet
- - daß eine erste Fotolackschicht (2) auf einer passivier ten, mit ohmschen Kontakten versehenen Bauelementoberflä che aufgebracht wird,
- - daß durch Foto- und Ätzprozesse in der ersten Fotolack schicht (2) und der Passivierungsschicht (3) ein abgestuf ter Graben (5) und ein in der obersten Epitaxieschicht (1) der Bauelementschichtenfolge versenkter Graben (6) ausge bildet wird,
- - daß gleichzeitig die elektrischen Leitungen auf der Bau elementoberfläche strukturiert werden,
- - daß durch einen Metallabscheideprozeß an den Grabenwänden des abgestuften Grabens (5) ein Metallfilm und im versenkten Graben (6) ein schmaler Metallsockel (7) abgeschieden wird, so daß eine gestufte Gate-Fuß-Struktur gebildet wird (Fig. 4),
- - daß gleichzeitig die elektrischen Leitungen metallisiert werden, und
- - daß auf der Metallschicht (8) eine zweite Fotolack schicht (9) abgeschieden wird, die derart strukturiert wird, daß Kontaktfenster für die elektrischen Leitungen auf der Bauelementoberfläche und für die gewünschte Gate- Struktur erzeugt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
- - daß durch Elektroplatieren die Gate-Elektrode (10) und die elektrischen Leitungen hergestellt werden, und
- - daß anschließend die Fotolackschichten (2, 9) und die dazwischenliegenden Metallschichten (8a, 8b) entfernt wer den.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
- - daß der Metallabscheideprozeß aus einem ersten, aniso tropen Sputter- oder Aufdampfprozeß und einem anschließen den zweiten, isotropen Sputterprozeß besteht,
- - daß bei dem ersten anisotropen Sputter- oder Aufdampf prozeß eine dünne Metallschicht (8a) im wesentlichen an den Grabenwänden des gestuften Grabens (5) und ein schma ler Metallsockel (7) im trapezförmigen Graben abgeschieden werden, wobei die Höhe des Metallsockels der Grabentiefe entspricht (Fig. 3),
- - daß durch den zweiten, isotropen Sputterprozeß ein-zu sammenhängender Metallfilm erzeugt wird und eine Kontakt- Platierstartschicht ausgebildet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
beim ersten anisotropen Metallabscheideprozeß Ti/Pt/Au-,
Ti/Au- oder Cr/Au-Metallisierungen verwendet werden.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
beim zweiten, isotropen Metallabscheideprozeß Au oder eine
Ti/Au-Metallisierung verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
eine mit Au elektroplatierte Gate-Elektrode hergestellt
wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Gate-Elektrode T-förmig ausgebildet wird.
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