DE3939635A1 - Verfahren zur herstellung eines sich selbst ausrichtenden gaas-mesfet mit t-foermigen wolfram-gatter - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines sich selbst ausrichtenden gaas-mesfet mit t-foermigen wolfram-gatter

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines sich selbst ausrichtenden MESFET mit T-förmigem Gatter mittels wahlweiser Aufbringung durch chemische Aufdämpfung von Wolfram (W) auf eine filmartig dünne Silizium-(Si)-Schicht.
Der sich selbst ausrichtende MESFET wird als Aufbau gebildet, welcher die Lücke zwischen der Gatterelektrode und der n+-Schicht durch Verwendung von mehrfachen T-förmigen Abdeckungen oder von hochschmelzenden Metallen steuert. Ein derartiger sich selbst ausrichtender MESFET weist aufgrund der n-Oberflächen- Verarmungsschicht einen geringen parasitären Widerstand auf, indem eine n+-Schicht unterhalb eines Gattermetallrandes ausgebildet ist, und hat gleichfalls eine geringe parasitäre Gatterkapazität, indem eine Querdiffusion der n+-Schicht an die Gatterelektrode verhindert wird.
Die repräsentativen sich selbst ausrichtenden MESFETs sind ein SAINT-MESFET (Self-Aligned lmplantation of N+-layer Technology: "sich selbst ausrichtende Anwendung der N+-Schicht-Technik") und ein SACSET-MESFET (Sidewall-Assisted Closely-Spaces Electrode Technology: "Seitenwand-unterstützte dichtgepackte Elektroden- Technik").
Der SAINT MESFET wurde aufgrund des Verfahrens der Verwendung von mehrfachen T-förmigen Abdeckungen zur Ausbildung des Gatters kompliziert, und das Verfahren zur Gatterbildung wird praktisch dafür verwendet, nachdem das Hilfsgatter entfernt wurde. Gleichfalls muß eine Verflüchtigung des Arsens (As) dabei verhindert werden, indem ein besonderer Deckfilm im Aktivierungsverfahren aufgebracht wird.
Ein SACSET MESFET ist anfällig für die Beschädigung des Substrates aufgrund des reaktiven Ionenätzens als Trockenätzverfahren zur Ausbildung der Gatterelektrode mit einer Isolierschicht in beiden Seitenwänden. Ebenfalls haben im Aktivierungsverfahren die zwischen den hochschmelzenden Metallelektroden und den in beiden Seitenwänden ausgebildeten Isolierschichten auftretenden mechanischen und thermischen Beanspruchungen eine negative Auswirkung auf die Vorrichtungen.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen sich selbst ausrichtenden MESFET unter Minimalisierung der beim Aussetzen der GaAs-Schicht der Luft auftretenden Verunreinigungsprobleme und der mechanischen Beschädigungen bei Aufbringung der Gatterelektrode verfügbar zu machen und zwar bei gleichzeitiger Verhinderung der Verflüchtigung des As bei dem bei hohen Temperaturen durchgeführten Aktivierungsverfahren und ebenso unter Vereinfachung der Komplexität des Verfahrens durch Verwendung von mehrfachen Abdeckungen zur Ausbildung der Gatterelektrode durch das herkömmliche SAINT-Verfahren.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, ein Verfahren zur Herstellung eines sich selbst ausrichtenden GaAs MESFET zur Verfügung zu stellen, bei dem die dünne Si-Schicht, welche durch PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition: "Plasma-verbesserte Aufbringung durch chemische Aufdämpfung") auf das GaAs aufgebracht wird, und die durch PCVD (Photo Chemical Vapor Deposition: "Foto-Aufbringung durch chemische Aufdämpfung") auf das GaAs aufgebrachte Si3N4-Schicht als Deckfilm im Aktivierungsverfahren verwendet werden. Dann wird der sich selbst ausrichtende MESFET mit T-förmigen Gatter durch wahlweise Aufbringung durch chemische Aufdämpfung des Wolframs auf die dünne Si-Schicht hergestellt. Als Ergebnis läßt sich die Lücke zwischen der Gatterelektrode und der n+-Schicht selbst einstellen.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnung.
Es zeigen
Fig. 1A eine schematische Darstellung eines ersten Verfahrensschrittes der Ionenimplantation für eine n- aktive Schicht,
Fig. 1B eine schematische Darstellung eines weiteren Verfahrensschrittes der Ätzung der Si3N4-Schicht,
Fig. 1C eine schematische Darstellung des wahlweisen Aufbringens durch chemisches Aufdämpfen des Wolframes,
Fig. 1D eine schematische Darstellung eines Verfahrensschrittes der Ionenimplantation für die n+-Schicht,
Fig. 1E eine schematische Darstellung eines Verfahrensschrittes der Isolierung zwischen den Vorichtungen,
Fig. 1F eine schematische Darstellung des Verfahrensschrittes des Ätzens von Si3N4 und Si und des Verfahrensschrittes der Aufbringung des Ohmschen Metalles,
Fig. 1G eine schematische Darstellung eines fertigen sich selbst ausrichtenden MESFET mit T-förmigem Wolframgatter.
In der Zeichnung ist hier eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt.
Die Fig. 1A zeigt die schematische Darstellung eines ersten Verfahrensschrittes der Ionenimplantation für eine n-aktive Schicht, die Fig. 1B einen Verfahrensschritt des Ätzens der Si3N4-Schicht, Fig. 1C einen Verfahrensschritt des wahlweisen Aufbringens durch chemisches Aufdämpfen des Wolframes, die Fig. 1D einen Verfahrensschritt der Ionenimplantation für eine n+ aktive Schicht, die Fig. 1E einen Verfahrensschritt der Isolierung zwischen den Vorrichtungen, die Fig. 1F einen Verfahrensschritt des Ätzens von Si3N4 und Si und einen Verfahrensschritt der Aufbringung des Ohmschen Metalles (AuGe/Ni), und schließlich die Fig. 1G einen fertigen sich selbst ausrichtenden MESFET mit dem T-förmigen Gatter.
In der Zeichnung bezeichnet die Bezugsziffer 1 ein halbisolierendes GaAs-Substrat, die Ziffer 2 eine dünne Siliziumschicht, die Ziffer 3 eine Si3N4-Schicht, die Ziffer 4 eine Fotoabdeckung, die Ziffer 5 eine n-ionenimpiantierte Schicht, die Ziffer 6 eine Fotoabdeckung, die Ziffer 7 ein T­ förmiges Wolframgatter, die Ziffer 8 eine n+-ionenimplantierte Schicht, die Ziffern 9 und 10 Fotoabdeckungen, die Ziffer 11 eine ionenimplantierte Isolierungsschicht, die Ziffer 12 die Schicht des Ohmschen Metalles (AuGe/Ni), die Ziffer 13 eine Fotoabdeckung.
Nach Aufbringung der dünnen Schicht Silizium (Si) 2 mit einer Dicke von 100-200 A auf die gesamte Oberfläche des halbisolierenden GaAs-Substrats durch das PECVD-Verfahren (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) wird die Si3N4-Schicht 3 mit dem PCVD-Verfahren (Photo Chemical Vapor Deposition) im ersten Verfahrensschritt (Fig. 1A) darauf mit einer Dicke von 1000 Å aufgebracht.
Unter den zu diesem Zeitpunkt vorherrschenden experimentiellen Bedingungen beträgt die Temperatur des Substrates 100-200°C, der Reaktionsdruck liegt bei 1-10 Torr, und die Flußraten von SiN4 und NH3 betragen jeweils 3-10 sccm bzw. 15-500 sccm.
Nach Aufbringung der Siliziumschicht 2 und der Si3N4-Schicht 3, werden Si+ unter einer Bedingung von 70-100 keV, 1-6×1012/cm2 unter Verwendung der Fotoabdeckung 4 als Maske ionenimplantiert.
Zur Ausbildung einer Gatterelektrode besteht der zweite Verfahrensschritt (Fig. 1B) in der Bestimmung des Gattermusters durch Ätzung der Si3N4-Schicht 3 unter Verwendung der Fotoabdeckung 6 als Maske. Als Ätzlösung wird BOE (Buffered Oxide Etchant: gepufferte Oxid-Ätzlösung) im Verhältnis 6 : 1 verwendet.
Der dritte Verfahrensschritt (Fig. 1C) besteht in der Aufbringung des Wolframes 7, welches eine Gatterelektrode bildet, durch ein wahlweises Aufbringungsverfahren durch chemisches Aufdämpfen.
Zur Aufbringung des Wolframes 7 wahlweise auf der ausgesetzten dünnen Si-Schicht beträgt die Substrattemperatur 350-450°C, der Reaktionsdruck liegt bei 0,2-1 Torr, die Flußraten des WF6- und des Argon-Gases bei jeweils 5-10 sccm bzw. 1000 sccm.
Die Reaktionsgleichung zu diesem Zeitpunkt lautet wie folgt:
2WF₆ + 3 Si - 3 SiF₄ + 2 W (1)
Aufgrund dieser Reaktion verstärkt sich die dünne Wolframschicht auf eine Dicke von 100 Å unter Aufbrauchung der dünnen Silizium- Schicht 2 und nimmt dann nicht weiter zu.
Zur weiteren Verdickung einer Wolfram-Gatterelektrode 7 mit einer Dicke von 1500-2000 Å besteht der vierte Verfahrensschritt in der Hinzufügung von Wasserstoff-Gas zu WF6- und Argon-Gas.
Durch die Ausrichtung des Reaktionsdruckes auf 0,6-2 Torr und durch Steuerung der Flußrate des Wasserstoffgases innerhalb eines Bereiches von 100-500 sccm, sowie der Beibehaltung der Substrattemperatur verstärkt sich die Wolframschicht auf einem Oberflächenbereich der Si3N4-Schicht 3 und wächst dann in Querrichtung weiter an. Als Ergebnis wird die T-förmige Gatterelektrode 7 gebildet.
Die Reaktionsgleichung zu diesem Zeitpunkt ist folgende:
WF₆ + 3 H₂ - W + 6 HF (2)
Es ist wesentlich, daß die voranstehend erwähnte Gatterelektrode 7 eine T-Form aufweist.
Die Ausbildung der n+-aktiven Schicht im nächsten Verfahrensschritt verringert den parasitären Widerstand aufgrund der n-Oberflächenverarmungsschicht und gleichzeitig kann die Verhinderung einer Querdiffusion der n+-Schicht bis hinunter zum Gattermetall eine parasitäre Gatterkapazität verringern.
Der fünfte Verfahrensschritt (Fig. 1D) besteht in der Ionenimplantierung zur Ausbildung einer n+-aktiven Schicht 8 unter Verwendung des T-förmigen Wolframgatters 7 als Maske.
Zu diesem Zeitpunkt muß die Lücke zwischen dem Gatter 7 und der n+-aktiven Schicht 8 1000-2000 Å betragen.
Auf die Ionenimplantation folgt ein Glühprozess nach der Implantation zur Aktivierung der n-ionenimplantierten Schicht 5 und der n+-ionenimplantierten Schicht 8.
Zu diesem Zeitpunkt spielen die dünne Si-Schicht 2 und die Si3N4-Schicht 3 eine wirkungsvolle Rolle als Deckfilm zur Verhinderung der Verflüchtigung von As, wobei die beiden Schichten 2 und 3 durch Ionenimplantation bzw. PCVD aufgebracht wurden. Daher besteht kein Erfordernis, einen Deckfilm gesondert für das Aktivierungsverfahren aufzubringen.
Der sechste Verfahrensschritt (Fig. 1E) besteht in der Ausbildung eines B+-(oder H+)-isolationsimplantierten Bereiches 11 durch die dünne Si-Schicht 2 und die Si3N4-Schicht 3 unter der Bedingung von 100-200 keV und unter Verwendung der Fotoabdeckung 10 als Maske zur Isolierung zwischen den MESFETs.
Der siebte Verfahrensschritt (Fig. 1F) besteht im Ätzen der dünnen Si-Schicht 2 und der Si3N4-Schicht 3 unter Verwendung der Fotoabdeckung 13 als Maske, zur Bildung einer Quelle und eines Abzugs.
Dann wird eine Abhebe-Technik zur Bildung des Musters des Ohmschen Metalles (AuGe/Ni) zur Bildung der Quellen- und Abzugselektroden 12 verwendet.
Zu diesem Zeitpunkt wird die Legierung bei einer Temperatur von 430°C über eine Zeitdauer von 5 min in einer Wasserstoff (H2) : Stickstoff (N2) Gasatmosphäre (im Verhältnis 30 : 70) durchgeführt.
Die Fig. 1G zeigt einen sich selbst ausrichtenden MESFET mit einer T-förmigen Wolframgatterelektrode, welcher durch das voranstehend beschriebene Verfahren hergestellt wurde.
Nach der voranstehend beschriebenen Erfindung wird der sich selbst ausrichtende MESFET mit T-förmigen Gatter durch wahlweises Aufbringen durch chemisches Aufdämpfen des Wolframes auf die dünne Si-Schicht hergestellt. Als Ergebnis läßt sich die Lücke zwischen der Gatterelektrode und der n+-Schicht selbst einstellen. Gleichfalls verringern sich hierbei die Verunreinigungsprobleme bei der Aussetzung der Luft sowie die chemischen Beschädigungen bei der Aufbringung einer Gattterelektrode durch das Zerstäubungsverfahren auf ein Minimum, die Verflüchtigung des As beim unter hohen Temperaturen durchgeführten Aktivierungsverfahren wird verhindert und eine Vereinfachung des Verfahrens wird hierdurch ermöglicht.

Claims (4)

1. Verfahren zur Herstellung eines sich selbst ausrichtenden MESFET mit T-förmiger Gatterelektrode aus Wolfram, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:
  • - Aufbringung einer dünnen Silizium-(Si)-Schicht auf die gesamte Oberfläche eines halbisolierenden GaAs-Substrats durch PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), und Aufbringung einer Si3N4-Schicht auf die dünne Silizium-(Si)- Schicht durch PCVD (Photo Chemical Vapor Deposition) und Ionenimplantation für eine n-aktive Schicht unter Verwendung einer Fotoabdeckung als Maske;
  • - Ausbildung eines Gatterelektrodenmusters durch Ätzung der Si3N4-Schicht unter Verwendung einer Fotoabdeckung als Maske zur Ausbildung der Gatterelektrode;
  • - Verstärkung des Wolframes durch wahlweises Aufbringen durch chemisches Aufdämpfen nur auf die ausgesetzte dünne Si- Schicht, um das Wolfram nicht auf die Si3N4-Schicht aufzubringen;
  • - Verstärkung des Wolframes in Querrichtung zur Bildung einer Wolframgatterelektrode mit T-Form;
  • - Ausbildung einer n+-Schicht durch Ionenimplantation, damit die Lücke zwischen der Gatterelektrode und der n+-Schicht in einem Bereich von 1000 A bis 2000 A liegt, unter Verwendung des T-förmigen Wolframgatters;
  • - Aktivierung der n- und n+-Schichten unter Verwendung der dünnen Si-Schicht und der Si3N4-Schicht als Deckfilm;
  • - Ionenimplantation zur Isolierung zwischen den Vorrichtungen durch die dünne Si-Schicht und die Si3N4-Schicht;
  • - Ätzen der dünnen Si-Schicht und der Si3N4-Schicht und Aufbringung eines Ohmschen Metalles (AuGe/Ni) mittels einer Abhebe-Technik unter Verwendung einer Fotoabdeckung als Maske zur Ausbildung einer Quelle und eines Abzuges.
2. Verfahren zur Herstellung eines sich selbst ausrichtenden MESFET nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren der Aufbringung des Wolframes wahlweise nur auf der Si-Schicht unter der Bedingung durchgeführt wird, daß die Substrattemperatur in einem Bereich von 350 bis 450°C liegt, der Reaktionsdruck 0,2 bis 1 Torr beträgt und die Flußraten des WF6- und des Argongases jeweils 5 bis 10 sccm bzw. 1000 sccm betragen.
3. Verfahren zur Herstellung eines sich selbst ausrichtenden MESFET nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der dünnen Si-Schicht und und diejenige der Si3N4-Schicht als Deckfilm in diesem Verfahren jeweils 100 bis 200 Å bzw. 1000 Å betragen.
4. Verfahren zur Herstellung eines sich selbst ausrichtenden MESFET nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren der Aufbringung der Wolframelektrode mit T- Form unter der Bedingung durchgeführt wird, daß die Substrattemperatur 350 bis 450°C beträgt, der Reaktionsdruck zwischen 0,6 und 2 Torr liegt, und die Flußraten des WF6-, des H2- und des Argon-Gases jeweils 50 bis 1000 sccm, bzw. 100 bis 500 sccm, bzw. 1000 sccm betragen.
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