способ изготовления полупроводниковых приборов

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ, включающий формирование на поверхности пластины арсенида галлия с активной структурой маски диоксида кремния, формирование мезаструктуры, формирование защитной маски анодным окислением, удаление маски диоксида кремния плазмохимическим травлением, осаждение из электролита омических контактов, формирование контакта к обратной стороне пластины, отличающийся тем, что в качестве материала пластины используют полуизолирующий арсенид галлия, мезаструктуру формируют перед формированием маски диоксида кремния, маску диоксида кремния формируют с окном над активной областью прибора, после удаления маски диоксида кремния проводят отжиг защитной маски анодного оксида, контакт к обратной стороне пластины формируют перед осаждением омических контактов, а при осаждении омических контактов пластину дополнительно освещают.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано при изготовлении полевых транзисторов Шоттки.

Известен способ изготовления полевых транзисторов на меза-структурах [1] . Меза-структуры формируют химическим травлением в растворе NH₄OH:H₂O: H₂O. Омические контакты создают термическим напылением слоя Au-Ge-Ni толщиной 0,15 мкм с последующим "взрывом" фоторезистивной маски.

Недостаток способа заключается в том, что формируемые контакты после вплавления имеют развитый рельеф, многочисленные поры. В результате увеличивается омическое сопротивление. Кроме того, большую часть напыленного слоя удаляют вместе с фоторезистивной маской, что неэкономично.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ изготовления полупроводниковых приборов, включающий окисление меза-структур и электрохимическое осаждение контактов по маске анодного окисла [2]. Используют структуры GaAlAs. Для локального окисления мезы и осаждения контактов используют проводящий слой GaAs n-типа.

Недостаток способа заключается в том, что при осаждении из электролита Au-Ge контактов происходит растворение маски анодного окисла. В результате загрязняется электролит, сокращается срок его службы. Кроме того, этот способ не позволяет использовать полуизолирующую подложку.

Технический результат, достигаемый при реализации способа, заключается в улучшении качества омических контактов за счет уменьшения загрязнения электролита в процессе их осаждения, путем увеличения химической стойкости маски анодного окисла и уменьшения ее площади.

Результат достигается тем, что проводят анодное окисление только областей канала, после удаления SiO₂ отжигают анодный окисел, осаждают контакты при дополнительном освещении по маске анодного окисла в канале и в качестве материала пластины используют полуизолирующий арсенид галлия.

По предлагаемому способу отжиг осуществляют в температурном интервале 300-500^оС для повышения химической стойкости окисла. При меньших температурах анодный окисел толщиной 0,1 мкм практически полностью растворяется в используемом электролите при осаждении металла. При температурах выше 500^оС поверхность полупроводника в канале обогащается мышьяком, увеличиваютcя точки утечки транзистора.

Согласно предложенному способу анодное окисление пластины проводят только в области канала транзистора, что сокращает количество анодного окисла, растворяющегося при осаждении контактов. Осаждение осуществляют при интенсивном освещении пластины. В результате контакты формируются только на n⁺-поверхности активных областей. На поверхности мезы осаждение металла не происходит в отсутствии дополнительной фоторезистивной маски.

На фиг. 1 показана пластина с меза-структурой; на фиг. 2 - пластина с фоторезистивной маской для формирования канала; на фиг. 3 - пластина с анодным окислом в канале; на фиг. 4 - пластина с осажденными из электролита контактами; на фиг. 5 - показан общий вид изготавливаемого прибора.

Для конкретного примера используют пластины арсенида галлия с активным слоем

n⁺-n-n -i-типа

концентрации n⁺=2 10¹⁸ ат/см³

толщиной d_n+=0,2 мкм

n=1,5 10¹⁷ ат/см³d_n=0,35 мкм

dn 0,5 мкм.

На поверхности пластины создают фоторезистивную маску, защищающую активные области полупроводниковых приборов. Формируют меза-структуры травлением в растворе H₃PO₄:H₂O₂:H₂O. Глубина мезы 0,8 мкм, угол наклона меза-грани 10^о. Фоторезист удаляют в диметилформамиде (фиг. 1). Наносят слой SiO₂ толщиной 0,3 мкм. Создают фоторезистивную маску с окнами над областями канала транзисторов (фиг. 2). Удаляют SiO₂ в окнах в буферном травителе NH₄F:HF:H₂O. Фоторезист удаляют. Проводят анодное окисление пластины по маске SiO₂, формируя канал транзистора. Толщина слоя окисла 0,2 мкм, глубина травления 0,14 мкм. Напряжение на ячейке 130 В.

Удаляют SiO₂ плазмохимически, селективно к арсениду галлия и анодному окислу (фиг. 3). Проводят ламповый отжиг пластин с анодным окислом при температуре 400^оС в течение 40 с, используя установку "Импульс-5". Отжиг необходим для повышения химической стойкости анодного окисла. При этом скорость растворения окисла при осаждении омических контактов снижается от 600 /мин (для неотожженного) до 400 /мин при Т_отж=300 С 250 /мин при Т_отж= 400 С 200 /мин при Т_отж=500^оС. Отжиг при температуре менее 300^оС химическую стойкость окисла практически не увеличивает. Слой анодного окисла толщиной 0,15 мкм при осаждении контактов растворяется полностью. При температурах отжига выше 500^оС изменяется стехиометрический состав поверхности полупроводника. Поверхность обогащается мышьяком.

Пластину обрабатывают в растворе NH₄OH:H₂O₂:H₂O=1:0,5:40 за 5 с для удаления естественного окисла на открытых областях n⁺-слоя. Затем устанавливают пластину в кассету горизонтально. Создают электрический контакт к нижней полуизолирующей стороне пластины в растворе KOH:NH₄H₂PO₄:H₂O=3г: 0,3г: 100 мл при освещении. Величина освещенности 100000 лк. В отсутствии света сквозной ток через пластину не протекает. Электролитом для осаждения Au-Ge заполняют верхнюю часть кассеты с пластиной. Осаждают Au-Ge-омические контакты при интенсивном освещении 100000 лк. Продолжительность процесса 3 мин. Напряжение на ячейке 2 В, величина общего тока через пластину 0,7 мА. Толщина сформированных контактов 800 . Осаждение металла происходит только на поверхности n⁺-слоя активных областей по маске анодного окисла в канале. На поверхности вытравленной мезы металл не осаждается (фиг. 4). Если процесс проводят в темноте, металл осаждается только на поверхности дна мезы и нижней части меза-грани, соответствующей n -слою. При величине освещенности более 70000 лк металл на мезе не обнаруживают.

В процессе осаждения металла анодный окисел растворяется, загрязняя электролит. Согласно предложенному способу площадь поверхности анодной пленки минимальна, так как формируют ее только в канале транзистора. Скорость растворения окисла снижают термообработкой.

Вплавляют омические контакты на установке лампового отжига "Импульс-5" при температуре 450^оС за 3 импульса продолжительностью 4 с. После вплавления поверхность контактов сохраняет исходную морфологию. При толщине контактов больше 0,1 мкм развивается рельеф, при толщинах менее 400 увеличивается омическое сопротивление. Омическое сопротивление сформированных контактов 0,1 Ом мм.

Создают фоторезистивную маску с рисунком затвора. Удаляют анодный окисел, оставшийся после проявления маски, в растворе NH₄OH:H₂O=1:20 за 20 с. Проводят химическое травление подзатворных областей для получения заданных токов насыщения в растворе NH₄OH:H₂O₂:H₂O=1:0,5:40. Напыляют слой затворной металлизации V-Au-V толщиной 0,7 мкм. "Взрывом" фоторезистивной маски формируют затвор. В областях канала затвор - сток исток анодный окисел сохраняют (фиг. 5). Анодный окисел в канале снижает электрический потенциал поверхности полупроводника. В результате возрастают пробивные напряжения транзистора.

Согласно предложенному способу осаждение омических контактов на n⁺-поверхность активных областей проводят только по маске анодного окисла в канале. Это позволяет уменьшить при осаждении металла количество растворяющегося анодного окисла, снизить загрязнение электролита, увеличить срок его службы. Проведение термообработки повышает химическую стойкость анодной пленки. Анодный окисел в канале способствует увеличению пробивных напряжений транзистора.

Самосовмещенное с областью канала осаждение омических контактов устраняет необходимость в формировании маски фоторезиста, позволяет минимизировать расстояние исток - сток.

Формируемые осаждением из электролита тонкие (400-1000 ) Au-Ge-контакты сохраняют после вплавления исходную морфологию поверхности, имеют низкое, 0,1 Ом мм, омическое сопротивление.