RU2633724C1 - Способ изготовления СВЧ полевого мощного псевдоморфного транзистора - Google Patents

Способ изготовления СВЧ полевого мощного псевдоморфного транзистора Download PDF

Info

Publication number
RU2633724C1
RU2633724C1 RU2016127031A RU2016127031A RU2633724C1 RU 2633724 C1 RU2633724 C1 RU 2633724C1 RU 2016127031 A RU2016127031 A RU 2016127031A RU 2016127031 A RU2016127031 A RU 2016127031A RU 2633724 C1 RU2633724 C1 RU 2633724C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gate
transistor
layer
micron
sub
Prior art date
Application number
RU2016127031A
Other languages
English (en)
Inventor
Константин Владиленович Егоров
Валерий Джураевич Ходжаев
Геннадий Викторович Сергеев
Михаил Дмитриевич Шутко
Юлия Викторовна Иванникова
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС" (Госкорпорация "РОСКОСМОС")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС" (Госкорпорация "РОСКОСМОС") filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС" (Госкорпорация "РОСКОСМОС")
Priority to RU2016127031A priority Critical patent/RU2633724C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2633724C1 publication Critical patent/RU2633724C1/ru

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/778Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface
    • H01L29/7782Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface with confinement of carriers by at least two heterojunctions, e.g. DHHEMT, quantum well HEMT, DHMODFET
    • H01L29/7783Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface with confinement of carriers by at least two heterojunctions, e.g. DHHEMT, quantum well HEMT, DHMODFET using III-V semiconductor material

Landscapes

  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Abstract

Изобретение относится к технологии изготовления полевых транзисторов. Способ изготовления СВЧ мощного полевого псевдоморфного транзистора на гетероэпитаксиальной структуре AlGaAs/InGaAs/GaAs заключается в том, что формируют субмикронный Т-затвор с применением оптической литографии. При формировании основания субмикронного Т-затвора используют двухслойную маску из диэлектрика и фоторезиста. Контролируемо оплавляют вышележащий слой маски из фоторезиста и сужают окно в нижележащем слое из диэлектрика, определяющем размер основания субмикронного Т-затвора. Далее уменьшают его до размеров, сопоставимых разрешению электронно-лучевой литографии. Техническим результатом является существенное повышение мощности СВЧ транзистора до уровня мощного при одновременном увеличении его быстродействия. 4 ил.

Description

Область техники
Изобретение относится к технологии изготовления полевых СВЧ транзисторов Шоттки, а именно к способам формирования мощных полевых транзисторов мм-диапазона длин волн на эпитаксиальных структурах полупроводниковых соединений группы А3 В5.
Уровень техники
Известен способ изготовления мощного СВЧ полевого транзистора с затвором Шоттки на гомоэпитаксиальной структуре арсенида галлия, согласно которому на поверхностном контактном n+-слое формируются электроды истока и стока транзистора, а между ними на нижележащем активном n-слое, посредством напыления и травления металлической пленки под углом к лицевой поверхности эпитаксиальной структуры в сторону истока и под углом - в сторону стока, формируется затвор транзистора /1/. Недостатком этого способа является то, что из-за невозможности получить длину затвора менее 1 мкм, быстродействие этого транзистора ограничивается см-диапазоном длин волн, а его выходная мощность - низкими значениями проводимости n-канала и пробивного напряжения затвор-сток.
Известен способ изготовления мощного СВЧ полевого транзистора на псевдоморфной эпитаксиальной гетероструктуре /2/. Недостатки этого способа - такие же, как и в первом случае, за исключением повышенной мощности транзистора, обеспечиваемой свойствами исходного материала.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ изготовления на эпитаксиальной структуре арсенида галлия полевого СВЧ транзистора с субмикронным Т-образным затвором /3/. Такая конструкция затвора позволяет значительно увеличить быстродействие транзистора (вплоть до 100 ГГц и более) за счет сокращения длины затвора до минимальных (≤0,3 мкм) размеров, но не решает проблему повышения его мощности до уровня мощного транзистора (более 1 Вт).
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является создание технологии изготовления мощного и быстродействующего СВЧ транзистора на мм-диапазон длин волн, как базового активного элемента бескорпусных малогабаритных СВЧ модулей усилителей мощности.
Техническим результатом является существенное повышение мощности СВЧ транзистора до уровня мощного при одновременном увеличении его быстродействия.
Технический результат достигается тем, что способ изготовления СВЧ мощного полевого псевдоморфного транзистора на гетероэпитаксиальной структуре AlGaAs/InGaAs/GaAs, заключающемся в том, что формируют субмикронный Т-затвор с применением оптической литографии, при формировании основания субмикронного Т-затвора используют двухслойную маску из диэлектрика и фоторезиста, контролируемо оплавляют вышележащий слой маски из фоторезиста и сужают окно в нижележащем слое из диэлектрика, определяющем размер основания субмикронного Т-затвора, далее уменьшают его до размеров, сопоставимых разрешению электронно-лучевой литографии.
Производится выбор и определение параметров исходной псевдоморфной гетероструктуры InGaAs/AlGaAs/GaAs, а также разработка и реализация ряда конструктивно-технологических решений по созданию на этом материале полевого транзистора Шоттки с длиной затвора менее 1 мкм.
Фундаментальным основанием для успешного решения этой задачи является формирование канала транзистора с высокой подвижностью электронов вблизи границы раздела слоев InGaAs/AlGaAs, значительно отличающихся шириной запрещенной зоны. За счет этого различия в области канала транзистора формируется узкая «квантовая яма», в пределах которой благодаря квантово-механическому эффекту переноса носителей заряда без их теплового рассеяния на узлах и дефектах кристаллической решетки полупроводника, резко увеличивается дрейфовая скорость электронов и плотность тока, что благоприятно сказывается на увеличении быстродействия и мощности транзистора.
Критически важным фактором, определяющим быстродействие транзистора, является длина проводящего канала под затвором. При реализации мощного транзистора на мм-диапазон длин волн, необходимость получить минимальную субмикронную длину затвора вступает в противоречие с необходимостью иметь достаточно большую его ширину для пропускания больших токов. Поэтому затворы транзисторов с высокой выходной мощностью зачастую имеют многозвенную (гребенчатую) структуру, что негативно сказывается на рабочих характеристиках транзистора из-за значительного роста токов утечки по затвору. Однако задача по реализации мощного СВЧ транзистора с субмикронным затвором облегчается при Т-образной конструкции последнего.
Для изготовления полевых СВЧ транзисторов на высокий частотный диапазон (до 100 ГГц и выше) обычно применяется трудоемкая электроннолучевая литография, которая к тому же требует значительных расходов на приобретение материалов и оборудования, что в конечном итоге негативно отражается на объемах производства и цене конечной продукции. Но ее применение обусловлено высоким линейным разрешением до 0,2 мкм, что не достижимо для традиционной фотолитографии с предельным разрешением более 0,3-0,5 мкм.
Суть предлагаемого изобретения заключается в способе изготовления на пластине псевдоморфной гетероструктуры InGaAs/AlGaAs/GaAs мощного СВЧ полевого транзистора Шоттки с субмикронным Т-затвором посредством исключительно оптической литографии. Процесс формирования Т-затвора базируется на двух технологических приемах: плазмохимическом травлении диэлектрика по фоторезистивной маске и формировании затворной металлизации методом обратной фотолитографии.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлена схема строения и профиль легирования пластины эпитаксиальной гетероструктуры AlaAs/InGaAs/GaAs для изготовления р-НЕМТ, где:
1 - Эпитаксиальная гетероструктура AlaAs/InGaAs/GaAs.
2 - n+ - слой AlGaAs, где Nd=(6-8)⋅1018 см-3, толщина слоя d=(0,6-0,8) мкм.
3 - n - слой InGaAs, где Nd=(1-5)⋅1018 см-3, толщина слоя d=(0,1-0,2)мкм.
4 - спейсер - слой InAlAs, где толщина слоя d=(0,5-0,8) мкм.
5 - буферный слой InGaAsSb, где Nd=(1-5)⋅1014 см-3, толщина слоя d=(1-2) мкм.
6 - Полуизолирующая подложка i-GaAs.
На фиг. 2 представлена топологическая модель ячейки р-НЕМТ в разрезе с ограничительными размерами, где:
7 - hoc - толщина металлизации ~(0,1-0,2) мкм.
8 - Lис - расстояние исток-сток ~(1,8-2,2) мкм.
9 - Lз - длина затвора транзистора ~(0,2-0,4) мкм.
10 - hз - толщина затворной металлизации ~(0,4-0,5) мкм.
11 - Исток.
12 - Сток.
13 - Затвор.
14 - SiO2 - Защитная диэлектрическая пленка.
На фиг. 3 (а, б, в, г) представлена последовательность формирования субмикронного Т-образного затвора р-НЕМТ с применением фотолитографии, где:
15 - Si3N4 - диэлектрик.
16 - ФП-4 - резистивная маска.
17 - ФП-051Т - двухслойная резистивная маска.
18 - Ti-Au-V - затвор из многослойной металлизации.
На фиг. 4 представлено изображение сечения затвора опытного образца р-НЕМТ, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM).
Осуществление изобретения
Для изготовления мощных СВЧ псевдоморфных транзисторов (р-НЕМТ) используются пластины эпитаксиальных структур AlGaAs/InGaAs/GaAs, предъявляемые требования к свойствам которых можно увидеть на Фиг. 1.
Топологическая модель р-НЕМТ с указанием конструктивно-технологических ограничений по реализации этой модели на стадии формирования металлизации затвора, на примере одного звена (ячейки) гребенчатого затвора представлена на Фиг. 2. Реальная конструкция транзистора может содержать несколько таких ячеек, в зависимости от требований к величине выходной мощности.
Процесс изготовления р-НЕМТ состоит из двух технологических блоков. Вначале формируются электроды истока и стока, а затем между ними - затвор. Исток (И) и сток (С) изготавливаются из многослойной металлической пленки AuGe-Ni-Au, а Т-затвор - из многослойной металлизации Ti-Au-V.
Последовательность формирования Т-затвора с помощью обратной фотолитографии представлена на Фиг. 3. На пластину гетероструктуры наносится диэлектрик Si3N4 толщиной 0,2 мкм, после чего формируется резистивная маска (ФП-4) с размером окна в резисте 0,3 мкм (см. Фиг. 3 а, б). Далее проводится импульсно-лучевая термообработка резиста, при которой он оплавляется и происходит сужение затворной щели до 0,2 мкм, и затем - плазмохимическое травление Si3N4 в атмосфере SF6/O2. Размер полученной щели определяет длину основания Т-затвора р-НЕМТ.
Для получения Т-образной формы затвора формируется двухслойная резистивная маска (ФП-051Т/ФП-4), определяющая размер и положение «шляпки» затвора. После этого посредством напыления затворной металлизации и удаления резистивной маски (см. фиг. 3 в, г) формируется непосредственно сам Т-затвор.
Подтверждение факта получения Т-затвора с длиной основания менее 0,2 мкм можно найти на фиг. 4, где представлено изображение сечения затвора опытного образца р-НЕМТ, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM). Полученная длина основания затвора (0,15 мкм) лишь незначительно уступает этому параметру (0,13 мкм) зарубежного аналога, полученного фирмой TriQuint (США) с применением электроннолучевой литографии.
После формирования топологических элементов р-НЕМТ транзистор покрывается защитной диэлектрической пленкой (SiO2) и проводится низкоэнергетическая имплантация ионов бора (+В11) при энергии ускорения 40 кэВ и дозе ≈2⋅1012 см-3, вследствие чего в приповерхностных слоях промежутков исток-затвор и сток-затвор возникают ловушки неконтролируемых примесей. Таким образом, компенсационная имплантация акцепторных ионов бора способствует подавлению утечек по затвору и увеличению пробивного напряжения затвор-сток транзистора.
В результате с применением исключительно оптической литографии получен мощный СВЧ полевой транзистор с субмикронным (до 0,2 мкм) затвором на мм-диапазон длин волн (с максимальной рабочей частотой до 100 ГГц с выходной мощностью более 1 Вт).
Источники информации
1. Патент Российской Федерации №2361319.
2. Заявка США на изобретение US 2011031530.
3. Патент Российской Федерации №2436186.

Claims (1)

  1. Способ изготовления СВЧ мощного полевого псевдоморфного транзистора на гетероэпитаксиальной структуре AlGaAs/InGaAs/GaAs, заключающийся в том, что формируют субмикронный Т-затвор с применением оптической литографии, отличающийся тем, что при формировании основания субмикронного Т-затвора используют двухслойную маску из диэлектрика и фоторезиста, контролируемо оплавляют вышележащий слой маски из фоторезиста и сужают окно в нижележащем слое из диэлектрика, определяющем размер основания субмикронного Т-затвора, далее уменьшают его до размеров, сопоставимых разрешению электронно-лучевой литографии.
RU2016127031A 2016-07-06 2016-07-06 Способ изготовления СВЧ полевого мощного псевдоморфного транзистора RU2633724C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016127031A RU2633724C1 (ru) 2016-07-06 2016-07-06 Способ изготовления СВЧ полевого мощного псевдоморфного транзистора

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016127031A RU2633724C1 (ru) 2016-07-06 2016-07-06 Способ изготовления СВЧ полевого мощного псевдоморфного транзистора

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2633724C1 true RU2633724C1 (ru) 2017-10-17

Family

ID=60129567

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016127031A RU2633724C1 (ru) 2016-07-06 2016-07-06 Способ изготовления СВЧ полевого мощного псевдоморфного транзистора

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2633724C1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2686863C1 (ru) * 2017-12-27 2019-05-06 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) Способ формирования Т-образного затвора
RU2787550C1 (ru) * 2022-04-21 2023-01-10 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" им. А.И. Шокина"(АО "НПП "Исток" им. Шокина") Способ изготовления мощного полевого транзистора СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре на основе нитрида галлия

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1989002652A1 (en) * 1987-09-14 1989-03-23 Hughes Aircraft Company Processes for preparing t-gate and transistor, and t-gate and transistor fabricated thereby
US5496779A (en) * 1994-11-15 1996-03-05 Electronics And Telecommunications Research Institute Method for fabricating a self-aligned T-gate metal semiconductor field effect transistor
US5940697A (en) * 1997-09-30 1999-08-17 Samsung Electronics Co., Ltd. T-gate MESFET process using dielectric film lift-off technique
RU2361319C1 (ru) * 2008-01-09 2009-07-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП НПП "Исток") Способ изготовления свч полевого транзистора с барьером шотки
US20110031530A1 (en) * 2003-12-23 2011-02-10 Infineon Technologies Ag Field effect transistor with a heterostructure
RU2421848C1 (ru) * 2010-04-06 2011-06-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный институт электронной техники (технический университет) (МИЭТ) Способ изготовления полупроводникового прибора с т-образным управляющим электродом
RU2436186C2 (ru) * 2010-01-27 2011-12-10 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт полупроводниковых приборов" (ОАО "НИИПП") Способ изготовления полевых транзисторов с самосовмещенным затвором субмикронной длины

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1989002652A1 (en) * 1987-09-14 1989-03-23 Hughes Aircraft Company Processes for preparing t-gate and transistor, and t-gate and transistor fabricated thereby
US5496779A (en) * 1994-11-15 1996-03-05 Electronics And Telecommunications Research Institute Method for fabricating a self-aligned T-gate metal semiconductor field effect transistor
US5940697A (en) * 1997-09-30 1999-08-17 Samsung Electronics Co., Ltd. T-gate MESFET process using dielectric film lift-off technique
US20110031530A1 (en) * 2003-12-23 2011-02-10 Infineon Technologies Ag Field effect transistor with a heterostructure
RU2361319C1 (ru) * 2008-01-09 2009-07-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП НПП "Исток") Способ изготовления свч полевого транзистора с барьером шотки
RU2436186C2 (ru) * 2010-01-27 2011-12-10 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт полупроводниковых приборов" (ОАО "НИИПП") Способ изготовления полевых транзисторов с самосовмещенным затвором субмикронной длины
RU2421848C1 (ru) * 2010-04-06 2011-06-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный институт электронной техники (технический университет) (МИЭТ) Способ изготовления полупроводникового прибора с т-образным управляющим электродом

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2686863C1 (ru) * 2017-12-27 2019-05-06 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) Способ формирования Т-образного затвора
RU2787550C1 (ru) * 2022-04-21 2023-01-10 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" им. А.И. Шокина"(АО "НПП "Исток" им. Шокина") Способ изготовления мощного полевого транзистора СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре на основе нитрида галлия

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20230326984A1 (en) Vertical gallium oxide (ga2o3) power fets
EP0430289B1 (en) Fabrication of self-aligned, T-gate hemt
US9419122B1 (en) Etch-based fabrication process for stepped field-plate wide-bandgap
US5665618A (en) Method of forming an interband lateral resonant tunneling transistor with single narrow gate electrode
KR100922575B1 (ko) 티형 게이트 전극을 구비한 반도체 소자 및 그의 제조 방법
WO1988003328A1 (en) Striped-channel transistor and method of forming the same
KR20180041659A (ko) 수직 나노와이어 mosfet의 제조에서의 수직 게이트-라스트 공정을 위한 방법
RU2633724C1 (ru) Способ изготовления СВЧ полевого мощного псевдоморфного транзистора
CN110010457A (zh) T型栅制备方法
CN107078153A (zh) 具有优化的混合漏极接触的场效应晶体管及其制造方法
KR101923959B1 (ko) 트랜지스터 및 그 제조 방법
JP2008235465A (ja) 電界効果型トランジスタ
TWI765342B (zh) 具有場板之場效電晶體
RU2523060C2 (ru) Способ изготовления свч полевого транзистора
Du et al. T-shaped gate AlGaN/GaN HEMTs fabricated by femtosecond laser lithography without ablation
CN106876460B (zh) 具有不对称结构的晶体管的形成方法
JPH08102537A (ja) 単一電子素子とその製造方法
CN103824854A (zh) 改进线宽均匀性及减少通道中缺陷,并基于高电子迁移率晶体管的交换电路及微波集成电路
JPH02211638A (ja) 非対称構造fetの製造方法
JP2008153298A (ja) 半導体装置の製造方法および半導体装置
JPH0322569A (ja) 量子干渉トランジスタの製造方法
Karami GaN HEMT technology for W-band frequency applications
Elksne Advanced GaN HEMTs for high performance microwave power amplifiers
JP6572556B2 (ja) 化合物半導体装置及びその製造方法
KR20060001985A (ko) 화합물 반도체를 이용한 단일전자 트랜지스터 제작 방법