RU2746845C1 - Способ изготовления t-образного гальванического затвора в высокочастотном полевом транзисторе - Google Patents
Способ изготовления t-образного гальванического затвора в высокочастотном полевом транзисторе Download PDFInfo
- Publication number
- RU2746845C1 RU2746845C1 RU2020128435A RU2020128435A RU2746845C1 RU 2746845 C1 RU2746845 C1 RU 2746845C1 RU 2020128435 A RU2020128435 A RU 2020128435A RU 2020128435 A RU2020128435 A RU 2020128435A RU 2746845 C1 RU2746845 C1 RU 2746845C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- thin
- formation
- shaped
- windows
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/77—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
- H01L21/78—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
- H01L21/82—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components
- H01L21/822—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components the substrate being a semiconductor, using silicon technology
- H01L21/8232—Field-effect technology
- H01L21/8234—MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
Abstract
Изобретение относится к электронной технике и предназначено для создания дискретных приборов и сверхвысокочастотных интегральных схем с использованием мощных нитрид-галлиевых полевых транзисторов. Способ изготовления T-образного гальванического затвора в высокочастотном полевом транзисторе включает выделение активной области транзистора, создание омических контактов стока и истока, нанесение на поверхность контактного слоя полупроводника тонкого маскирующего покрытия, формирование литографическими методами в маскирующем покрытии субмикронной щели, нанесение тонкого проводящего слоя, формирование поверх него резистивной маски, удаление проводящего слоя в окнах резистивной маски, травление контактного слоя, формирование тонкопленочных металлических T-образных затворов. Затем происходит удаление остатков тонких проводящих слоев и маскирующего покрытия, пассивацию поверхности слоем диэлектрика, гальваническое утолщение контактов стока и истока через вскрытые в пассивирующем слое диэлектрика окна. Причем после удаления проводящего слоя в окнах резистивной маски проводят дополнительный процесс дубления резиста с целью электрической изоляции активной поверхности контактного слоя от окружающих окно проводящих слоев, формирование T-образного затвора проводят электрохимическим осаждением тонкопленочных металлических систем в окнах однослойной резистивной маски с последующим её растворением. Причем для формирования T-образного затвора используют однослойные резистивные маски с отрицательным и с положительным наклоном стенок. Технический результат - снижение трудоемкости изготовления T-образного гальванического затвора в высокочастотном полевом транзисторе. 2 ил.
Description
Изобретение относится к электронной технике и предназначено для создания дискретных приборов и сверхвысокочастотных интегральных схем с использованием полевых транзисторов, изготовленных на основе широкозонных, например, нитрид галлия (GaN), полупроводников.
Известен способ формирования субмикронного Т-образного полевого затвора [1]. В этом способе после формирования омических контактов стоков и истоков, выделения активной области транзистора нанесения на её поверхность методами плазмохимического осаждения тонкой диэлектрической пленки нитрида кремния, формирование методами проекционной литографии однослойной резистивной маски, травление плазмохимическими методами по резистивной маске пленки диэлектрика с последующим её удалением и повторным формированием на поверхности диэлектрика методами проекционной литографии двухслойной резистивной маски с последующим травлением контактного слоя и нанесения затворной металлизации на основе тонких пленок Ti/Pt/Au методом электронно-лучевого испарения в вакууме и проведения операции “взрыва”.
Наиболее близким аналогом - прототипом [2], является способ изготовления GaN полевого HEMT-транзистора (High Electron Mobility Transistor) включающего в себя следующий набор технологических операций: выделение активной области на полупроводниковой структуре методами сухого травления, создание омических контактов стока и истока на контактном слое активной области, нанесение на поверхность контактного слоя полупроводника тонкой многослойной маски, формирование методами электронной литографии в многослойной маске субмикронной затворной щели, нанесения тонкого проводящего слоя, формирование поверх него маски электронных резистов, проведение электроннолучевого экспонирования, проявление и удаление засвеченного резиста, допроявление в кислородной плазме и удаление в окружающих щели окнах резистивных масок проводящего слоя, травление контактного слоя, формирование T- или Г-образных затворов методами вакуумного напыления тонкопленочных металлических систем и взрывной литографии, удаление тонкого проводящего слоя по полю пластины, пассивация поверхности слоем диэлектрика, вскрытия окон над контактами стока и истока и их гальваническое утолщение.
К недостаткам данных способов формирования T-образных затворов полевых транзисторов можно отнести необходимость использования достаточно сложных многослойных, либо однослойных с отрицательным наклоном стенок резистивных масок, энергозатратных процессов вакуумного напыления тонкопленочных металлических систем, проведения длительных и материалоемких операций “взрыва”.
Задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков путем использования простых однослойных резистивных масок с отрицательным и с положительным наклоном стенок, использования значительно менее затратных процессов электрохимического осаждения затворных тонкопленочных металлических систем, исключения проведения длительных и материалоемких операций “взрыва”.
Поставленная задача решается тем, что способ изготовления T-образного гальванического затвора в высокочастотном полевом транзисторе включает выделение активной области транзистора, создание омических контактов стока и истока, нанесение на поверхность контактного слоя полупроводника тонкого маскирующего покрытия, формирование литографическими методами в маскирующем покрытии субмикронной щели, нанесение тонкого проводящего слоя, формирование поверх него однослойной с отрицательным наклоном стенок или многослойной резистивной маски, удаление проводящего слоя в окнах резистивной маски, травление контактного слоя, формирование тонкопленочных металлических T-образных, или Г-образных затворов методами вакуумного напыления и взрывной литографии, удаление остатков тонких проводящих слоев и маскирующего покрытия, пассивацию поверхности слоем диэлектрика, гальваническое утолщение контактов стока и истока через вскрытые в пассивирующем слое диэлектрика окна. Для формирования T-образного затвора используют однослойные резистивные маски с отрицательным и с положительным наклоном стенок. После удаления проводящего слоя в окнах резистивной маски проводят дополнительный процесс дубления резиста с целью электрической изоляции активной поверхности контактного слоя от окружающих окно проводящих слоев. Формирование T-образного затвора проводят электрохимическим осаждением тонкопленочных металлических систем в окнах однослойной резистивной маски с последующим её растворением.
Преимуществом предлагаемого способа изготовления T-образного гальванического затвора является использование однослойных резистивных масок с практически любым (как с положительным, так и с отрицательным) наклоном стенок и исключение высоковакуумных процессов напыления и операций взрыва, а также возможность контролирования размеров и формы шляпки T-образного затвора в процессе его формирования.
На фиг. 1 показаны ключевые моменты одного из возможных вариантов предлагаемого способа изготовления нитрид-галлиевого полевого транзистора.
На фиг. 1, а) показана структура, содержащая полуизолирующую подложку карбида кремния 1, на которой выращены гетероэпитаксиальные полупроводниковые слои 2, необходимые для создания транзистора и покрывающий капсулирующий слой 3.
На фиг. 1, б) показана структура после выделения активной меза-области, создания омических контактов стока 4 и истока 5 и нанесения на всю поверхность структуры тонкого металлического слоя 6.
На фиг. 1, в) показана структура после нанесения резистивной маски 7, формирования литографическими методами определяющей длину затвора L g окна 8 расположенного в центре канала транзистора между контактами стока 4 и истока 5, травления тонкого металлического слоя 6.
На фиг. 1, г) показана представленная на фиг. 1, в структура после проведения процессов задубливания резистивной маски при повышенных температурах. В процессе задубливания края окна 8 маски 7 опускаются на поверхность активного слоя канала секции транзистора и надежно изолируют края тонкого металлического слоя 6.
На фиг. 1, д) показана структура после формирования полевого затвора 10 путем электрохимического (ЭХ) осаждения в окна 8 тонких слоев никеля Ni (~0.1 мкм) и золота Au (~0.7 мкм) обеспечивающего необходимый размер шляпки L sh .
На фиг. 1, е) показана структура после удаления резистивной маски 7, травления тонкого металлического слоя 6, нанесения пассивирующего диэлектрического покрытия 11 и гальванического утолщения 12 контакта стока 4 и гальванического утолщения 13 котнактов истока 5 в окнах диэлектрика.
На фиг. 1, ж) показана структура после удаления резистивной маски 7, травления тонкого металлического слоя 6, нанесения пассивирующего диэлектрического покрытия 11 с образованием под крыльями шляпки T-образного затвора 10 воздушных полостей 15, гальванического утолщения 12 контакта стока 4 и гальванического утолщения 13 контактов истока 5 в окнах диэлектрика.
Пример. Изготавливали полевой HEMT-транзистор с высокой подвижностью электронов на основе GaN гетероструктуры, основные технологические этапы изготовления которого показаны на фиг. 1.
Для этого на полуизолирующей подложке карбида кремния 1 методом MOC-гидридной эпитаксии были выращены нитридные гетероэпитаксиальные слои 2, которые закрывал капсулирующий слой 3 из полуизолирующего нитрида галлия i-GaN. Сначала проводили выделение активной области транзистора реактивно-ионным травлением по маске фоторезиста. С использованием методов литографии, процессов вакуумного напыления и быстрого термического отжига на поверхности капсулирующего слоя 3 создавали омические контакты (ОК) стока 4 и истока 5 на основе металлизации TiAlNiAu с расстоянием между ними 5 мкм - канал транзистора. Затем на всю поверхность пластины наносили тонкий проводящий слой алюминия Al толщиной 50 нм 6, после этого поверх него формировали однослойную маску электронного резиста 7 толщиной 0.3-0.4 мкм и методами электроннолучевой литографии в канале транзистора между ОК формировали окна 8 на дне которых селективно удаляли проводящий слой Al 6 с формированием необходимого подтрава ΔL под маску резиста незначительно превышающего толщину проводящего слоя Al 6. После этого проводили дополнительный процесс дубления однослойного резиста с целью его незначительного оплавления и опускания краев 8 резистивной маски на поверхность контактного слоя для её электрической изоляции от окружающего окно 8 проводящего слоя Al 6 и формирования положительного наклона стенок и длины затвора L g =0.25 мкм. Затем в окнах с положительным наклоном стенок 8 удаляли капсулирующий слой 3 и формировали затворную металлизацию электрохимическим (ЭХ) осаждением сначала пленки никеля Ni 9 толщиной 0.15 мкм (гальванический никель), а затем золота 10 толщиной 0.5 мкм (гальваническое золото). Размер шляпки затвора L Sh регулировался изменением толщины гальванического золота, то есть времени ЭХ осаждения. Увеличение времени ЭХ осаждения приводит к увеличению размеров шляпки затвора L Sh за счет разрастания гальванического золота по поверхности резистивной маски 7. После этого растворяли резистивный слой 7 и стравливали проводящий слой Al 6, проводили пассивацию активной области структуры диэлектрическим слоем Si3N4 11 толщиной 0.3 мкм и с использованием методов фотолитографии проводилось гальваническое утолщение омических контактов стока 12 и истока 13 во вскрытых окнах диэлектрика 11.
Возможен вариант, когда диэлектрический слой 14 наносится таким образом, что между поверхностью активной области полупроводника и краями шляпки T-образного затвора образовываются воздушные, или иные полости 15 снижающие паразитную емкость между краями шляпки и активной поверхностью канала.
Таким образом, в результате был получен мощный 6×150 мкм GaN HEMT с длинной затвора, равной 0.25 мкм без применения многослойных резистивных масок, высоковакуумных процессов напыления и процессов взрывной литографии (фиг. 2).
Источники информации
1. D. Fanning, L. Witkowski, J. Stidham, H.-Q. Tserng, M. Muir and P. Saunier. Dielectrically defined optical T-gate for high power GaAs pHEMTs // GaAs Mantech Conference Proceedings, 2002.
2. Н.А. Торхов. Способ изготовления мощного нитрид-галлиевого полевого транзистора. Патент № 2668635, МПК H01L 21/335, опубл. 02.10.2018 г.
Claims (1)
- Способ изготовления T-образного гальванического затвора в высокочастотном полевом транзисторе, включающий выделение активной области транзистора, создание омических контактов стока и истока, нанесение на поверхность контактного слоя полупроводника тонкого маскирующего покрытия, формирование литографическими методами в маскирующем покрытии субмикронной щели, нанесение тонкого проводящего слоя, формирование поверх него резистивной маски, удаление проводящего слоя в окнах резистивной маски, травление контактного слоя, формирование тонкопленочных металлических T-образных затворов, удаление остатков тонких проводящих слоев и маскирующего покрытия, пассивацию поверхности слоем диэлектрика, гальваническое утолщение контактов стока и истока через вскрытые в пассивирующем слое диэлектрика окна, отличающийся тем, что после удаления проводящего слоя в окнах резистивной маски проводят дополнительный процесс дубления резиста с целью электрической изоляции активной поверхности контактного слоя от окружающих окно проводящих слоев, формирование T-образного затвора проводят электрохимическим осаждением тонкопленочных металлических систем в окнах однослойной резистивной маски с последующим её растворением, причем для формирования T-образного затвора используют однослойные резистивные маски с отрицательным и с положительным наклоном стенок.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020128435A RU2746845C1 (ru) | 2020-08-27 | 2020-08-27 | Способ изготовления t-образного гальванического затвора в высокочастотном полевом транзисторе |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020128435A RU2746845C1 (ru) | 2020-08-27 | 2020-08-27 | Способ изготовления t-образного гальванического затвора в высокочастотном полевом транзисторе |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2746845C1 true RU2746845C1 (ru) | 2021-04-21 |
Family
ID=75584816
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020128435A RU2746845C1 (ru) | 2020-08-27 | 2020-08-27 | Способ изготовления t-образного гальванического затвора в высокочастотном полевом транзисторе |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2746845C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116314297A (zh) * | 2023-03-09 | 2023-06-23 | 湖北九峰山实验室 | 一种具有介电支撑层的t形栅及其制备方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1811330A1 (ru) * | 1991-02-27 | 1994-04-15 | Научно-производственное объединение "ЭЛАС" | Способ изготовления полупроводниковых приборов |
| RU2192069C2 (ru) * | 2000-07-10 | 2002-10-27 | Физико-технологический институт РАН | Способ изготовления полупроводникового прибора с т-образным управляющим электродом субмикронной длины |
| WO2011016940A2 (en) * | 2009-07-27 | 2011-02-10 | Cree, Inc. | Methods of fabricating transistors including self-aligned gate electrodes and source/drain regions |
| RU2668635C1 (ru) * | 2017-12-26 | 2018-10-02 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ, НИ ТГУ) | Способ изготовления мощного нитрид-галлиевого полевого транзистора |
| RU2671312C2 (ru) * | 2016-01-26 | 2018-10-30 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт полупроводниковых приборов" (АО "НИИПП") | Способ изготовления высокочастотного полевого транзистора с дополнительным полевым электродом |
| 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 |
-
2020
- 2020-08-27 RU RU2020128435A patent/RU2746845C1/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1811330A1 (ru) * | 1991-02-27 | 1994-04-15 | Научно-производственное объединение "ЭЛАС" | Способ изготовления полупроводниковых приборов |
| RU2192069C2 (ru) * | 2000-07-10 | 2002-10-27 | Физико-технологический институт РАН | Способ изготовления полупроводникового прибора с т-образным управляющим электродом субмикронной длины |
| WO2011016940A2 (en) * | 2009-07-27 | 2011-02-10 | Cree, Inc. | Methods of fabricating transistors including self-aligned gate electrodes and source/drain regions |
| RU2671312C2 (ru) * | 2016-01-26 | 2018-10-30 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт полупроводниковых приборов" (АО "НИИПП") | Способ изготовления высокочастотного полевого транзистора с дополнительным полевым электродом |
| RU2668635C1 (ru) * | 2017-12-26 | 2018-10-02 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ, НИ ТГУ) | Способ изготовления мощного нитрид-галлиевого полевого транзистора |
| 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 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116314297A (zh) * | 2023-03-09 | 2023-06-23 | 湖北九峰山实验室 | 一种具有介电支撑层的t形栅及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR920002090B1 (ko) | 전계효과 트랜지스터의 제조방법 | |
| US5036017A (en) | Method of making asymmetrical field effect transistor | |
| US7897446B2 (en) | Method of forming a high electron mobility transistor hemt, utilizing self-aligned miniature field mitigating plate and protective dielectric layer | |
| EP0430289B1 (en) | Fabrication of self-aligned, T-gate hemt | |
| US4997778A (en) | Process for forming a self-aligned FET having a T-shaped gate structure | |
| JP4143068B2 (ja) | 選択的エッチングした自己整列二重リセス高電子移動度トランジスターの製造方法 | |
| US4536942A (en) | Fabrication of T-shaped metal lines for semiconductor devices | |
| AU606445B2 (en) | A method of forming a mask pattern for the production of a semiconductor | |
| US4679311A (en) | Method of fabricating self-aligned field-effect transistor having t-shaped gate electrode, sub-micron gate length and variable drain to gate spacing | |
| EP0113161A2 (en) | Method of fabricating a schottky gate field effect transistor | |
| RU2668635C1 (ru) | Способ изготовления мощного нитрид-галлиевого полевого транзистора | |
| JPH0212019B2 (ru) | ||
| US5112763A (en) | Process for forming a Schottky barrier gate | |
| RU2746845C1 (ru) | Способ изготовления t-образного гальванического затвора в высокочастотном полевом транзисторе | |
| US4616400A (en) | Process for fabricating a double recess channel field effect transistor | |
| US5550065A (en) | Method of fabricating self-aligned FET structure having a high temperature stable T-shaped Schottky gate contact | |
| US7648867B2 (en) | Method for fabricating a semiconductor device | |
| US4429452A (en) | Method of manufacturing field-effect transistors with self-aligned grid and transistors thus obtained | |
| RU2686863C1 (ru) | Способ формирования Т-образного затвора | |
| US11127863B2 (en) | Gate structure and method for producing same | |
| US4621415A (en) | Method for manufacturing low resistance sub-micron gate Schottky barrier devices | |
| RU2349987C1 (ru) | Способ изготовления полевого транзистора с барьером шоттки | |
| RU2707402C1 (ru) | Способ изготовления высокочастотного транзистора с дополнительным активным полевым электродом | |
| KR100264532B1 (ko) | 모드 또는 문턱전압이 각기 다른 전계효과 트랜지스터 제조 방법 | |
| KR100262941B1 (ko) | 화합물 반도체 소자의 미세 티형 게이트 형성방법 |