Способ создания полевых транзисторов с затвором шоттки для сбис зу на арсениде галлия

 

Изобретение относится к полупроводниковой электронике и может быть использовано при формировании СБИС ЗУ на арсениде галлия. Цель изобретения - повышение выхода годных путем увеличения точности задания пороговых напряжений транзисторов посредством влияния на степень нестехиометрии поверхностного слоя aрсенида галлия. Осуществляют формирование канавок для подзатворных областей нормально закрытых транзисторов путем термического окисления областей эпитаксиальных слоев через окна в маске, в будущих местах расположения канавок, на заданную глубину в атмосфере сухого кислорода при 400-600^oС с длительностью 5-20 мин с последующим удалением оксида посредством отжига структуры в атмосфере водорода при 600-700^oС в течение 10-40 мин. Отжиг также может проводиться в атмосфере смеси водорода и арсина при их относительных расходах 40 : 1-4. Способ позволяет на 50-90% повысить выход годных схем. 1 з.п.ф-лы, 3 табл., 1 ил.

Изобретение относится к полупроводниковой микроэлектронике и может быть использовано при формировании СБИС ЗУ на арсениде галлия. Цель изобретения повышение выхода годных путем увеличения точности задания пороговых напряжений транзисторов посредством влияния на степень нестехиометрии поверхностного слоя арсенида галлия. П р и м е р 1. Используют структуру, содержащую подложку из полуизолирующего арсенида галлия с последовательно расположенными на ней: слоем n-типа арсенида галлия (концентрация носителей 10¹⁵ см^-3 и толщина слоя 6000), сильно легированным слоем n-типа арсенида галлия (концентрация носителей 10¹⁵ см^-3 и толщина слоя 150), слоем n-типа арсенида галлия (концентрация носителей 10¹⁵ см^-3 толщина слоя 1000) и сильно легированным слоем п-типа арсенида галлия (концентрация носителей 10¹⁸ см^-3 и толщина слоя 350). Со стороны эпитаксиальных слоев маскируют, например, слоем,полученным катодным распылением. В маске вскрывают окна в подзатворной области н/з транзистора, проводят термическое окисление в атмосфере кислорода при 530^oС в течение 40 мин. Затем удаляют оксид путем отжига в атмосфере водорода (точка росы не ниже 70^oС) при температуре 680^oС в течение 35 мин. Затем вскрывают дополнительные окна в маске в подзатворной области н/о ПТШ, проводят термическое окисление в атмосфере кислорода при 530^oС в течение 60 мин. Затем удаляют оксид путем отжига в атмосфере водорода при 680^oС в течение 50 мин. При этом происходит углубление канавок и в подзатворной области н/з ПТШ, что необходимо учитывать при выборе времени окисления подзатворной области н/з ПТШ на первой стадии формирования канавок. Затем наносят затворный металл и по взрывной технологии формируют затворы н/о и н/з ПТШ (нормально-открытый и нормально-закрытый полупроводниковый транзистор Шоттки). Экспериментальные результаты для различных режимов обработки сведены в табл.1-3. П р и м е р 2. При формировании структуры проводят все операции, описанные в примере 1, но удаление оксида проводят в смешанной атмосфере водорода и арсина при относительных расходах последних 10 1. П р и м е р 3. При формировании структуры проводят все операции, описанные в примере 1, но термическое окисление проводят при 400^oС в течение 60 мин. При этом, как показывают результаты измерений электрофизических характеристик барьера Шоттки (БШ), для оптимизированной длительности отжига (τ_отж ≈ 20 мин) токи утечки обратно-смещенного БШ имеют практически тот же порядок величин, но разброс относительных величин пороговых напряжений ("пятки") на прямосмещенных ВАХ и коэффициентов неидеальности ВАХ БШ превышает 2% Средняя величина коэффициента неидеальности составляет при этом 1,1. П р и м е р 4. При формировании структуры проводят все операции, описанные в примере 1, но термическое окисление проводят при 600^oС в течение 25 мин. При этом, как показывают результаты измерений электрофизических характеристик БШ, для оптимизированной длительности отжига (τ_отж ≈ 15-20 мин), коэффициент неидеальности ВАХ БШ составляет величину 1,2, а величина пороговых напряжений ("пятка") на прямосмещенных ВАХ возрастает до величины 0,9-1,0 В. Повышение коэффициента неидеальности ВАХ БЩ и величины "пятки" связано, по-видимому, с появлением при более высокотемпературных отжигах термического оксида других модификаций. Таким образом, оптимальные режимы следующие 1. Окисление Т_ок 530^oС±5 в атмосфере "сухого" кислорода в течение 30 мин. 2. Отжиг Т_отж 680^oС±5 в атмосфере водорода в течение 25 мин (см.табл.1). 3. Отжиг Т_отж 680^oС±5 в течение 25 мин в атмосфере (см.табл.2). На чертеже показана зависимость глубины формируемых канавок от времени, которая обеспечивает точность глубины формирования канавок ≈1% а также нужную стехиометрию приповерхностного слоя GaAs области затвора. Время окисления для табл.1, 2 составляет 30 мин, температура окисления 53^oС, τ - время возгонки окисла; n коэффициент неидеальности; U_пор - пороговое напряжение; I_ут токи утечки барьера Шоттки; Δ_абс - абсолютное отклонение параметра; δ относительная ошибка. В табл.1 дана характеристика алюминиевого барьера Шоттки (Т_отж 680^oС). В табл. 2 дано изменение характеристик алюминиевого барьера Шоттки при отжиге в смеси мышьяка и водорода ( Т_отж 680^oС, t_отж 25 мин). В табл.3 показан выбор оптимальной температуры возгонки (при Т_окис 530^oС, 30 мин и τ_возг 25 мин для алюминиевого контакта S_{яч БИС} ≈ 5·10^-3 см^-2). Установлено, что в пограничной области термический оксид-арсенид галлия наблюдаются некоторые отклонения в величинах показателя преломления (W 4,8) и коэффициента поглощения (К 0,6), что связано с некоторой нестехиометрией пограничного слоя. Для обеспечения возможности управления величиной порогового напряжения транзисторов через посредство влияния на степень нестехиометрии поверхностного слоя арсенида галлия (GaAs) в предлагаемом способе оксид удаляют путем отжига в атмосфере водорода и арсина при их относительных расходах 40 1-4 молярных объемов. Диапазон заявляемых при термическом окислении температур снизу ограничен малыми скоростями окисления и большой неоднородностью полученных оксидных слоев, а сверху появлением модификаций оксида, удаление которых указанным способом не представляется возможным. Так, при температуре окисления 380^oС скорость окисления, хотя и составляет /мин, но однородность окисления по площади пластины является крайне неудовлетворительной (относительный разброс достигает 100-200%), что обусловлено неоднородностью исходного "природного" оксида на поверхности пластины. При температурах окисления 630^oС (и далее, вплоть до 800^oС) скорость окисления становится чрезмерно большой ( 300-500 /мин), граница раздела оксид-полупроводниковый слой имеет сильную нестехиометрию (К ≈ 0,8-0,9, N 5,0), а полученный термический окисел не удаляется термическим отжигом в атмосфере водорода, либо в смеси водорода и арсина. Соотношение расходов водорода и арсина определено из возможности получения нужной стехиометрии состава поверхности GaAs. Диапазон заявляемых температур удаления оксида снизу ограничен минимальной температурой разложения оксидов галлия, а сверху нарушением стехиометрии GaAs. Время окисления (t_oк) выбирается согласно графику зависимости глубины окисления от времени и конкретных электрофизических и геометрических параметров эпитаксиальных слоев рабочей структуры с использованием известных соотношений. Глубина канавки при t_ок< 5 мин слишком мала, выбор t_oк>90 мин, нецелесообразен, так как глубина окисления не растет. Время отжига (τ_отж) влияет на качество (стехиометрию и наличие остаточных пленок оксида) поверхности формируемых канавок, в указанном температурном диапазоне слабо зависит от температуры и времени предварительного окисления. Его оптимальные значения составляют величины 20-40 мин, что демонстрируется результатами полученных электрофизических параметров характеристик барьеров Шоттки, представленных в табл. 1 и 2. При τ_отж>40 мин и τ_отж<10 мин U_пор выходит за допустимые пределы. Способ позволяет увеличить процент выхода годных СБИС, так как зависимость глубины формируемых канавок от времени имеет логарифмический характер, а поверхность канавок после возгонки термического оксида свободна от сторонних и собственных оксидов. Увеличение процента выхода годных на стадии корректировки каналов ПТШ составляет: в случае допустимого разброса глубин травления () до 10% с 5 до 90% в случае допустимого разброса глубин травления ()≅1% с 0,1 до 50%

Формула изобретения

1. Способ создания полевых транзисторов с затвором Шоттки для СБИС ЗУ на арсениде галлия, включающий формирование истоковых и стоковых областей, нанесение защитного слоя, вскрытие в нем окон с помощью фотолитографии, локальное окисление подзатворной области, удаление оксида, формирование металлизации затвора, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода годных схем путем увеличения точности задания пороговых напряжений транзисторов посредством влияния на степень нестехиометрии поверхностного слоя арсенида галлия, локальное окисление проводят методом термического окисления в атмосфере сухого кислорода при 400 600^oС в течение 5 90 мин, а удаление оксида проводят методом термического отжига в атмосфере водорода при 600 700^oС в течение 10 40 мин. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что термический отжиг проводят в атмосфере водорода и арсина при относительных расходах последних 40 (1-4) молярных объемов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2