Способ изготовления полупроводниковых приборов

ИЗОБРЕТЕНИЯ к автор тельству ъединен Н; Джалилов 3 011. 21/283, й 1616430, клОЛУПРОВОДАвторское свидетельство СССРН 011 21/283, 1989.(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПНИКОВЫХ ПРИБОРОВ(57) Использование: при изготовлении попевытранзисторов. Сущность: способ заключается в точто на пластину арсенида галлия с активным слоепосле создания фоторезистивной маски, формирования меза-структур анодным окислением, прове СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИКГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССРпг) ОПИСАНИЕ(56) Патент США М 4227975, кп 9) ЯУ (11) 1823715 (13) А 11) 6 Н 01 1. 21 335 дения анодного окисления меза-структур, удаления фоторезиста наносят слой 50 , создают фоторе 2зистивную маску с рисунком затворного слоя металлизации, из окон которого удаляют 50, удаляютг фоторезист, проводят анодное окисление канала по маске БО , удаляют БО ппазмохимическим трав 2 гпением, проводят электрохимическое осаждение Ао-Ое омических контактов по маске анодного окисла, удаляют анодный окисел После вплавления омических контактов наносят слой 50, создают2фоторезистивную маску с рисунком затворного слоя металлизации, удаляют БО в окнах маски плазмогхимическим травлением, удаляют фоторезист, создают затвор электрохимическим осаждением последовательно йе-тт и Ац затем проводят эпектрохимическое осаждение Ац-Ое омических контактов в области канала 6 итт45 50 55 Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано при изготовлении полевых транзисторов.Целью настоящего изобретения является увеличение выхода годных приборов эасчет улучшения качества контактов и удешевления способа за счет экономии драгметаллов,На фиг.1 показа пластина с фоторезистивной маской; на фиг,2 - кассета для электрохимической обработки пластины; нафиг.З - пластина с контактами, осажденными по маске анодного окисла; на фиг.4 - тоже, с затворной мвталлизацией; нв фиг,5 -то же, с островками 502 под краем затворной металлизации; на фиг.6 - то же, с омическими контактами, осажденными вобласть канала.В качестве источников напряжения применяют потенциостаты ПМ, ПИ-1,программатор ПР. Используют пластиныОаАэриметром 60 й 0,5 мм с активным слоем -и -и- и дтипа толщиной: бп " 0,11+ат/см .П р и м е р. На поверхности пластины 1с активным слоем создают фоторезистивную маску 2, защищающую активные области полевого транзистора (см,фиг.1),Используют фоторезист ФПТ. Режимтермообработки фоторезистивной маскипосле проявления; сушка в термошкафу120 С 20 мин, дубление 140-145 С 30 мин,Пластину устанавливают в кассету горизонтально, п слоем вниз, Прижим пластины к+корпусу кассеты осуществляют с помощьюрезиновой изолирующей прокладки 3 иреэьбового кольца 4. Для удаления воздушного пузыря, возникающего при погружении кассеты в электролит служит отверстие5 в корпусе кассеты, Для удобства работы скассетой ее крепят к ручке винтами 6(см.фиг,2), Кассету устанавливают в ванну сэлектролитом. В верхней части кассеты уста чвливают электрод 7, выполненный в виде трубки из нержавеющей стали. В ванненаходится электрод 8 в виде пластины, Вкачестве ванны используют кварцевый кристаллизатор 9 с прозрачным дном, Создаютэлектрический контакт к верхней полуиэолирующей стороне пластины при освещении в электролите 10 состава: КОН 3 г,ИН 4 Н 2 РО 4 0,33 г, Н 20 100 мл.Формируют мезе-структуры аноднымокислением на свету при постоянном напряжении 130 В в электролите 11 состава: 0,8 млИН 4 Н 2 Р 04 0,3 г, Н 20 100 мл. ИспользуютНзР 04 концентрированную (85) ГОСТ 5 10 15 20 25 30 35 40 диметилформамиде удаление фотореэиста происходит очень медленно, что обусловлено высокой температурой дубления маски 140-145 С. При более низких температурахдубления возникает неконтролируемый растрав под фоторезистивной маской при формировании меэа-структур. Анодный окисел на меэа-поверхности используется далее в качестве маски при осаждении омических контактов. Наносят слой 3102 тс циной 0,3 мкм. С помощью фотолитографии формируют рисунок затворной металлизации. Совмещение шаблона с пластиной осуществляют по рисунку меза-структур; Используют фоторезист ФП. В буферном травителе ИНдЕ;НЕ;Н 20 (200 мл: 80 мл: 300 мл) прово 1823715дят удаление 5102 в окнах фоторезистивной маски за т = 4 мин, Растрае 5102 под маскусоставляет -1 мкм на сторону, Растрав необходим для последующего вписывания затворного слоя. Вытравленная 902 областьна активном слое мезаостровка будет определять область канала транзистора. Использование раотрава 5102 под маскойфоторезиста для расширения размеров рисунка позволяет минимизировать расстояние исток-сток с учетом рассовмещения припоследующем вписывании затвора. Удаляют фоторезист в диметилформамиде, Пластину устанавливают в кассету рабочей 10 стороной вниз, проводят анодное окисле ние по маске 5102 в электролите ИН 4 Н 2 Р; :Н 20(0,3 г; 100 мл) на глубину, большую, чем+ + толщина и слоя. При толщине слоя бл = 0,11 мкм толщина анодного слоя 0,22 мкм, Напряжение на ячейке О - 150 В. 20 Частично окисляют и и-слой для уменьшения глубины химического дотравливания при формировании под затворной области, так как это позволяет минимизировать длину электрохимически осажденного затвора. 25 Для формирования канала анодным окислением без химического дотравлевания подзатворных областей необходимо точно знать распределение примеси по глубине активного слоя, в переходных областях и -1 ЗО+и и - и для каждой пластины, что сопряжено с большими трудностями профилирования активных структур. В случае, если формирование меза-структр производится после операции анодного окисления кана ла, наблюдается просачивание электролита под действием электрического поля по границам анодный окисел в канале - полупроводник (иэ-за недостаточной адгезии фоторезиста на границе) и последующее 40 окисление областей полупроводника, предназначенных под омические контакты. Согласно предложенному способу анодное окисление по рисунку затворной металлиэации с растравом Я 02 под маску фоторези ста позволяет минимизировать расстояние исток-сток, так как анодный окисел в канале служит маской при электрохимическом осаждении контактов, Удаляют Я 02 плазмохимическим травлением (изотропно) на 50 установке 08 ПХОТв режиме: рабочая смесь СЕ 4:02(3:1), Р 65 Па, Ю - 1 кВт, 1-8 мин. Травление 3102 происходит селективно по отношению к арсениду галлия и анодному окислу. Пластину обрабатыва ют в водном растворе НЙ 40 Н:Н 202:Н 20 (15 мл;7,5 мл: 600 мл) за %" 0,5 с для удаления плазменного окисла с поверхности полупроводника. Анодный окисвл в канале и на мезе утоняется при этом незначительноЗг 100 А, Устанавливают пластину в кассету осаждаемой стороной вверх, Электрический контакт к нижней полуиэолирующей стороне пластины создают раствором электролита:КОН ЗгМН 4 Н 2 Р 04 0,3 гН 20 100 мл при освещении.Для освещения пластины используют лампу К-400 Вт. Величина освещенности составляет 100000 люкс. В отсутствии освещения сквозной ток через пластину не протекает и осаждение Ац-(Зе на верхней стороне пластины не происходит, Формируемый электрический контакт обеспечивает равномерное осаждение на рабочей стороне пластины, В качестве электролита для осаждения Ац-Се омических контактов используют раствор:Калия дициано-(1)аурат ЧДА ГОСТ20473-75 2 гДвуокись германияОСТ 48-"21-72Калия натрий виннокислый ГОСТ5845-79 бгВинная кислотаОСЧ ТУ 6-09-3985-75 1,5 гВода деионизованная 100 мл рН электролита 7,2 - 7,1 Электролитом для осаждения заполняют верхнюю часть кассеты с пластиной.Осаждение проводят при естественной освещенности поверхности 100 люкс, При освещенности щ 100000 люкс величина катодного тока в 10 раз однако резко увеличивается скорость растворения анодного окисла (зависящая от толщины окисла) в 2-3ораза и составляет 600 А /мин, что связано с увеличением проводимости анодного окисла. Быстрое растворение анодного окисла требует увеличения его начальной толщины, что ограничено толщиной и слоя.+ Освещение поверхности пластины затрудняет визуальный контроль над растворением окисной пленки, При осаждении беэ подсветки скорость растворения защитнойомаски 200 А /мин, Осаждение по маске анодного окисла обеспечивает получение ровного края омического контакта беэ искажения геометрии и смыкания исток-стоковых областей при расстоянии исток-сток 1-2 мкм, что недостижимо с испольэованивм фоторезистивных масок. Предельное1823715 расстояние исток-стока согласно предложенному способу определяется возможностями фото- или электронно-лучевой литографии при формировании рисунка затвора, Практически достижимая величина 0,3-0,4 мкм. В данном примере осажденив омических контактов проводят при напряжении на ячейке Одч -В, - 4 мА (плотность тока " 0,5 мА/см ), с -3 мин. После осаждения в канале остается окисел толщио О ной -1000 А, на мезе 300 А, Далее про водят удаление анодного окисла в канале, что необходимо для минимизации длины затвора, осаждаемого нв последующих операциях, Чем толще окисел в канале, тем больше величина бокового растрава под маску при химическом дотравливании подэат. ворных областей, Удаление анодного окисла проводят в растворе ЙН 4 ОН:Н 20 (2 мл: 100 мл) в течением 1 мин. Подтрав под омические контакты при этом отсутствует, так как до вплавления осажденный металл образует с полупроводником" выпрямляющий контакт. Вплавляют омические контакты на установке лампового отжига "Импульс". Вплавление осуществляют за 3 импульса, продолжительностью 1,6 с, максимальная температура на поверхности пластины 450 С. Контроль вплавления проводят на тестовых структурах, Пластину покрывают слоем Я 02 толщиной 0,4 мкм, Проводят плазмохимическую обработку на установке 08 ПХОТв кислороде при Р - 65 Па, ЧЧ" 1 кВт за 3 мин для улучшения адгезии фоторезиста к ЯОз, После нанесения и сушки фоторезиста ФПпроводят экспонирование пластины по шаблону с рисунком затворного слоя (при этом описывают затворный рисунок на шаблоне в В предлагаемом способе перетрав Я 102 отсутствует и вскрывшиеся участки полупроводника в канале и Ац-Ое омические контакты на тестовых структурах травятся незначительно (скорость плазмохимического травления полупроводника составляето-40 А /мин). Растрав Я 02 под фоторезистивную маску составляет 0,06 мкм, Стенки травления близки к вертикальным и рисунок в фоторезисте переносится в ЯОЙ без изменения размеров. Фотореэист удаляют последовательно в диметилформами 40 45 50 затворный рисунок на пластине, расширенный посредством растрава ЯЮг по ф/р маску), После экспонирования устанавливают шаблон с рисунком окон над омическими контактами, совмещают его с рисунком на пластине, но экспонирование проводят только в нескольких областях, где после проявления будетсформирован как рисунок затворного слоя, так и рисунок окон над омическими контактами, что позволяет после удаления Я 02 в окнах проводить контролируемое дотравливание подзатворных де, затем в кислородной плазме на установке 08 ПХОТв режиме: Р - 65 Па, Ю = 1 кВт, 1- 3 мин, Обработка в кислородной плазме необходима для удаления тонких пленок, образующихся в результате взаимодействия фотореэиста с химически активными компонентами фтористой плазмы. Проводят иэотропное химическое травобластей. На остальной части пластины омические контакты будут закрыты слоем ЯО, что исключает шунтирование электрической цепи при злектрохимическом осаждении затвора Ве-М/-Ац, при наличии 55 вскрытых областей омических контактов, с малым контактным сопротивлением, осаж- ление подзатворных областей в растворе дение барьерной металлиэации йе/ в ка- НзР 04:Н 202:НгО (3 мл: 1 мл: 200 мл) на 5 10 15 20 25 30 35 нале происходит со значительно меньшей скоростью, чем на омических контактах, а Ац практически не осаждается. Для того, чтобы были вскрыты омические контакты только тестовых структур, после совмещения шаблон с рисунком окон над омическими контактами закрывают непрозрачным экраном с несколькими отверстиями. После проявления и сушки фотореэиста Т "95 С20 мин проводят плазмохимическое травление (направленно) ЯОЙ на установке 08 ПХОТв режиме: рабочая смесь СзЕа:02 (9:1), Р " 3 - 5 Па, И/500 Вт, 1- 15 мин. Травление Я 02 прекращают по достижении границы с полупроводником в канале. Благодаря большой пологости меза-грани ( 10) стравливание Я 0 в области канала, над контактными площадками тестовых структур и на гранях мезы (в области затворной дорожки) происходит одновременно,При формировании меза-структр изотропным химическим травлением в растворе Н 2 РО 4:Н 20:Н 20 грани меза-структуры имеют крутой наклон и после удаления ЯОг в области канала, на гранях мезы Я 02 сохраняется, так как на гранях эффективная толщина окисла выше. При электрохимическом осаждении затвора на этих участках происходит разрыв затворной дорожки, что недопустимо. Для удаления ЯОг с граней мезы необходимо увеличивать время травления, В результате, происходит плазмохимическое стравливание Ац-Ое контактов на тестовых структурах (фториды германия- летучие соединения).15 г 1,2 г оглубину 300 А за 1 - 90 с для получения заданных токов насыщения. Контроль травления осуществления на тестовых структурах, Далее пластину устанавливают в кассету осаждаемой стороноЙ вверх. Электрический контакт к нижней полуизолирующей стороне пластины создают в растворе электролита:КОН ЗгЙ Н 4 Н 2 Р 04 0,3 гН 20 100 мл при освещенииДля освещения используют лампу К- 400 Вт, величина освещенности составляет 100000 люкс. В качестве электролита для осаждения барьерного слоя йе-ЧЧ используют раствор:Лимонная кислота1-водная ОСЧТУ 6-09-804-75 15 г(ИН 4)2504 ХЧГОСТ 3769-73йа 29/022 НгОКйе 04 М РТУ6-09-5288-68 ЗгВода деионизованная 100 мл Температуру электролита 70 - 80 С поддерживают в процессе осаждения, нагревая контактный электролит в нижней части кассеты. Для этого используют нагревательную спираль в кварцевой трубке, изогнутой в кольцо по периметру дна кварцевого кристаллизатора. При этом обеспечивается свободное прохождение света от нижней лампы к поверхности пластины. Через кон- тактныЯ электролит тепло передается к пластине и от пластины нагревается электролит для осаждения йе-Ю Осаждение проводят в режиме импульсного пилообразного напряжения. Максимальная величина напряжения 80 В, Крутизна нарастания и спада напряжения Я - 200 В/с, Напряжение подается с потенциостата ПМ управляемым внешним задатчиком напряжения ПР. Импульсный режим осаждения обеспечивает получение более равномерной толщины слоя йе-Ю по поверхности пластины в сравнении с режимом постоянного напряжения. Максимальный ток через пластины- 150 мА, длительность осаждения 1" 2 мин. Толщина сформированногоослоя йе-ЧЧ составляет 800 А. Затем пластину промывают в деионизованной воде, вновь устанавливают в кассету и проводят осаждение Ац при постоянном напряжении Оеч5 В, 1- 4 мА, в течение 1- 8 мин, 1 г В качестве электролита для осаждения Ао используют раствор:Калия дициано-(1)аурат ЧДА5 ГОСТ 20473-75 1 гЛимонная кислота1-воднвя ОСЧТУ-09-584-75Вода неионизо 10 ванная 100 млрН электролита 7При гальваническом наращивании Ацотсутствует эффект утонения металлиэации на меза-ступеньке, характерный для метода 15 термического напыления металлов, В результате снижаются СВЧ потери транзистора, связанные с утонением затворной дорожки. Электрохимически осаждаемый металл полностью заполняют затворную 20 щель в 5102 и растет ь стороны на внешнейповерхности Я 02. В результате формируется затвор грибообраэной формы, верхняя часть которого нависает над прилегающими участками Я 02 (см.фиг.4), После формиро вания затвора проводят плаэмохимическоетравление 5102 по маске затворной металлизации, при этом верхняя широкая часть затвора защищает прилегающие участки 5102, Травление проводят на установкЕ 30 08 ПХОТв режиме; рабочая смесьСзГв:02 (9:1), Р = 3-5 Па, В/ 500 Вт, с 15 мин. Боковой растрав 5102 под маской затворной металлизации составляет небольшую величину 0,06 мкм, В результате, 35 островки 5102 сохраняются в прилегающихк затвору областях (см,фиг.5). С помощью фотолитографии создают фоторезистивную маску с окном над областью канала транзистора (см,фиг.б). Используют фоторезист 40 ФП, Проводят термообработку пластинпри температуре 95 С 1-20 мин, Удаляют естественный окисел на поверхности полупроводника в растворе МН 4 ОН:Н 20 (2 мл: ,100 мл) за 5 с. Пластину устанавливают в 45 кассету. Проводят электрохимическое осаждение Аи-Ое на открытую поверхность канала, разделяющую уже сформированные омические контакты и островки 5102 под краем затворной металлизации, При толщи не слоя 5102 0,4 мкм осаждение контактнойметаллизации проводят до толщины 0,12- 0,15 мкм. Электрическое разделение затворной и контактной металлизации осущес 1 вляется островками 5102 прилегаю щими к затвору. Наличие контактной разности потенциалов барьерного слоя йе-Ю/ с полупроводником уменьшает скорость осаждения Ац-Се на поверхности затвора.Для выравнивания скоростей осажденияА-Ое на поверхности канала и на уже сформированных омических контактах поверхность пластины освещают, Используют лампу ПЖВт. Для того, чтобы не происходила засветка фоторезиста устанавливают красный фильтр, Освещенность пластины 60000 люкс. В областях с уже сформированными контактами свет поглощается металлической пленкой и эффективная освещенность поверхности полупроводника под контактами меньше чем в открытых областях канала транзистора. После возникновения проводящей пленки металла скорости осаждения в областях над омическими контактами и над областью канала одинаковы. Режим осаждения: Оч =3 В, при освещении (величина освещенности 60000 люкс)1 5 мА, 1 20 с, в темноте Формула изобретенияСПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ на пластинах арсенида галлия с активным слоем, включающий создание фоторезистивной маски, формирование меэаструктур анодным окислением при постоянном напряжении, удаление анодного окисла, проведение анодного окисления меза - структур, удаление фоторезиста, формирование Ац - Ое омических контактов электрохимическим осаждением, вплавление омических контактов, формирование химическим травлением подзатворной области, создание затвора, нанесение защитного слоя Я 02, формирование разводки, отличающийся тем, что, с целью увеличения выхода годных приборов эа счет улучшения качества контактов и удешевления способа за счет экономии драгметаллов, после удаления фоторезиста наносят ЯОр, создают фоторезистивную маску с рисунком затворного слоя, из(величина освещенности 100 люкс)1-2 мА, 1" 1 мин, Фоторезистивную маску удаляют в диметилформамиде, Проводят вплавление омических контактов на установке лампово го отжига "Импульс", Вплавление осуществляют за 3 импульса продолжительностью 1,6 с каждый. Максимальная температура на поверхности пластины 450 ОС. Барьерный контакт йе-ЧЧ является термостабильным и 10 вплавление омических контактов не ухудшает выпрямляющих свойств затвора. Наносят защитный слой Я 020,7 мкм с помощью фотолитографии и плаэмохимического травления Я 02 на установке 08 ПХОТ15 формируют островки Я 02, защищающие область канала транзистора. Затем формируют разводку с помощью гальванического Осаждения металла,20окон которой удаляют Я 02,удаляют фоторезист, проводят анодное окисление канала по маске Я 02, удаляют Я 102 плазмохимическим травлением, а 25 электрохимическое осаждение Аи - Оеомических контактов проводят по маске анодного окисла, затем удаляют анодный окисел, после вплавления омических контактов наносят слои Я 02, со здают фоторезистивную маску срисунком затворного слоя металлиэации, удаляют ЯОг в окнах маски плазмохимическим травлением, удаляют фоторезист, после химического травления подзатворной области создают затвор электрохимическим осаждением последовательно Ве - Ю и Ао, удаляют Я 10; плазмохимическим травлением по маскг 40 затворной металлизации, создают фотореэистивную маску с открытой областью канала, проводят электрохимическое осаждение Аи - Ое омических контактов в области канала, удаляют фоторезист, 45 вплавляют омические контакты в области канала,1823715 ф рр1 мсФюфЭ фг, Ь Составитель Б,СамсоненкоТехред М,Моргентал Корректор М.Керецман Редактор С,Кулакова Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Заказ 1226 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101