Способ изготовления полупроводниковых приборов

 

Использование: в производстве полупроводниковых приборов, в частности при изготовлении полевых транзисторов Шоттки на меза-стуктурах. Сущность изобретения: способ предусматривает формирование электрохимическим осаждением по одной фоторезистивной маске Au - Ge-контактов на активных областях при интенсивном освещении. В темноте осаждают золото на мезе. Электрохимическое соединение контактов на активных областях и мезе осуществляют при формировании разводки. 8 ил.

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:H₂O₂: H₂O. Омические контакты создают термическим напылением слоя Au-Ge-Ni толщиной 0,15 мм с последующим "взрывом" фоторезистивной маски.

Недостаток способа заключается в том, что формируемые контакты после вплавления имеют развитый рельеф, что недопустимо при электронно-лучевой литографии. Многочисленные поры в контактах увеличивают омическое сопротивление. Кроме того, большую часть напыленного слоя удаляют вместе с фоторезистивной маской, что неэкономично.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является способ изготовления полупроводниковых приборов, способ изготовления светодиодов [2]. Используются подложки GaAs n-типа проводимости с активными слоями n и р-типа. Полуизолирующие слои в пластине отсутствуют. Проводимость пластины достаточна для электрохимического осаждения контактов на меза-структурах, вытравливаемых в подложке.

Способ не позволяет проводить осаждение омических контактов полевых транзисторов, формируемых в активных областях на полуизолирующей подложке, так как в этом случае активные области прибора имеют вид островков, изолированных друг от друга.

В данном способе изготавливают полевые транзисторы в активных n⁺-n-слоях на полуизолирующей подложке. В этом случае после проведения меза-травления островки активного n⁺-n-слоя электрически изолированы друг от друга.

Для электрохимического осаждения металлизации на рабочей стороне пластины (с островками n⁺-n) создают электрический контакт к обратной полуизолирующей стороне пластины в растворе электролита при освещении. В отсутствие освещения сквозной ток через пластину не протекает, осаждение не происходит, так как проводимость подложки очень мала.

В процессе катодного осаждения металла на меза-структурах происходит анодное травление обратной стороны пластины. Осаждение металлизации проводят в два этапа. Вначале осаждают Au-Ge омические контакты на n⁺-поверхность меза-островка при интенсивном освещении, затем осаждают золото на изолирующих участках пластины в условиях темноты. Селективность осаждения металла обусловлена i-n-переходом, возникающем на границе активного слоя с низколегированной подложкой. В темноте сопротивление обратно смещенного перехода велико и осаждение происходит только на изолирующих участках пластины. На свету сопротивление i-n-перехода снижается, при этом локальное сопротивление сквозному току через островки активного слоя становится значительно меньше, чем через изолирующие участки и металл осаждается на n⁺-слое.

Пример реализации способа иллюстрирован фиг.1-8, где на фиг.1 показана пластина с фоторезистивной маской для травления меза-структур; на фиг.2 - пластина с вытравленной меза-структурой; на фиг.3 - фоторезистивная маска с рисунком контактов на активной области и мезе; на фиг.4 показано осаждение Au-Ge омических контактов на поверхность n⁺-слоя активной области; на фиг.5 - осаждение золота на поверхность изолирующих участков мезы; на фиг.6 представлен полевой транзистор с меза-структурой; на фиг.7 изображена пластина с фоторезистивной маской для осаждения разводки; на фиг.8 дан изготавливаемый прибор, общий вид.

Для конкретного примера реализации способа используют полупроводниковые пластины арсенида галлия n⁺-n-n^-_б -i-типа толщиной d_n⁺=0,2 мкм, концентрацией n⁺ = 2 ˙ 10¹⁸ ат/см³ d_n = 0,35 мкм n = 1,5 ˙ 10¹⁷ ат/см³ d_{n σ}^- ≈ 0,5 мкм Диаметр пластин 60 мм ±0,5 мм, толщина 600 ± 20 мкм.

На поверхности пластины с активным слоем создают фоторезистивную маску, защищающую активные области полупроводниковых приборов (фиг.1).

Формируют меза-структуры травлением в растворе H₃PO₄ : H₂O₂ : H₂O. Глубина полученной мезы ≈0,9 мм, угол наклона меза-грани ≈10^о(фиг.2).

Устанавливают пластину в кассету активным слоем вниз. Проводят анодное окисление на свету в электролите NH₄H₂PO₄ : H₂O = 0,3 г : 100 мл. Электрический контакт к обратной стороне пластины осуществляют в растворе KOH : NH₄H₂PO₄ : H₂O = 3 г : 0,3 г : 100 мл. Анодное окисление проводят до толщины окисла ≈0,1 мкм (U_яч= 60 В). Анодный окисел на гранях мезы снижает напряженность электрического поля в канале на изломе поверхности, предотвращает просачивание электролита под маску при осаждении контактов.

Фоторезист удаляют в диметилформамиде. Создают фоторезистивную маску с рисунком омических контактов на активной области и мезе (фиг.3). Анодный окисел в окнах на гранях мезы, оставшийся после проявления, удаляют в растворе NH₄OH : H₂O = =1:20 за 15 с. Пластину устанавливают в кассету осаждаемой стороной вверх.

Создают электрический контакт в нижней полуизолирующей стороне в электролите КОН:NН₄Н₂РО₄:Н₂О при освещении. Освещенность пластины ≈100000 лк. В отсутствие освещения сквозной ток через пластину не протекает, осаждение не происходит.

Электролитом для осаждения Au-Ge заполняют верхнюю часть кассеты с пластиной. Процесс проводят при интенсивном, ≈100000 лк, освещении металлизируемой стороны пластины. Напряжение на ячейке U_яч = 5В, общий ток I = 5 мА, длительность процесса t = 50 с. Осаждение Au - Ge происходит только на поверхности n⁺-слоя активной области (фиг.4).

Толщина Au-Ge-слоя ≈700 . При толщине осажденного слоя менее 400 увеличивается контактное сопротивление. При толщинах больше 1000 поверхность контактов после вплавления рельефна. Если величина освещенности пластины менее 70000 лк, осаждение металла имеет место и на поверхности мезы.

Электролит для осаждения Au-Ge заменяют электролитом для осаждения золота. Подают напряжение на ячейку U_яч = 8В, величина общего тока I = 5 мА, длительность процесса t = 5 мин. Осаждаемая сторона пластины находится в темноте (фоновая освещенность ≈50 лк). В этом случае золото осаждается только на поверхности дна мезы и прилегающей части меза-грани (соответствующей буферному n_б^--слою). На поверхности Au-Ge-контактов осаждения золота не происходит (фиг.5). Толщина слоя золота на мезе ≈0,15 мкм. Фоторезист удаляют в диметилформамиде. Омические контакты вплавляют на установке лампового отжига "Импульс-5". Поверхность контактов сохраняeт исходную морфологию. Омическое сопротивление ≈0,1 Ом мм. Создают фоторезистивную маску с рисунком затвора. Формируют травлением подзатворную область транзистора. Используют раствор NH₄OH:H₂O₂:H₂O = 1:0,5:40. Термическим напылением V-Au-V и последующим "взрывом" фоторезистивной маски формируют затвор (фиг.6). Пологий наклон меза-граней (≈10^о) обеспечивает сход на мезу затворной дорожки без утонения. Формируют защитный слой SiO₂ над областью канала транзистора. Напыляют на пластину вспомогательный слой V-Au ≈0,1 мкм. Создают фоторезистивную маску с рисунком разводки (фиг.7), формируют разводку гальваническим осаждением золота. Фоторезист удаляют. Стравливают вспомогательный слой V-Au (фиг.8).

С помощью разводки электрически связывают Au-Ge-контакты на активной области и Au контактные площадки на изолирующих участках мезы. Осуществление электрического соединения напылением затворной металлизации нецелесообразно, так как при формировании подзатворной области имеет место подтрав под контакты.

Способ позволяет раздельно осаждать Au-Ge-контакты на активных областях и Au-контакты на изолирующих участках мезы по одной и той же фоторезистивной маске, что упрощает технологический маршрут. Тонкие Au-Ge-контакты сохраняют после вплавления исходную морфологию поверхности, ровный край. Вплавление осуществляется за малое время, в результате снижают глубину диффузионной области в полупроводнике. Это позволяет использовать структуры с тонким активным слоем, уменьшать расстояние исток-сток транзистора. Раздельным осаждением получают Au-контакты большой толщины, чем для Au-Ge, что необходимо, например, при формировании нижних обкладок конденсаторов. Отсутствует низкоомный контакт с полупроводником на изолирующих участках мезы, что снижает паразитную связь элементов схемы через полуизолирующую подложку. Осаждение Au-Ge только на n⁺-поверхность активных областей позволяет более экономно расходовать компонент в электролите.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ на подложке арсенида галлия с активным слоем, включающий меза-травление, анодное окисление вытравленных областей пластины, осаждение контактов из электролита, отличающийся тем, что на полуизолирующей подложке арсенида галлия с активным слоем после проведения анодного окисления создают фоторезистивную маску с рисунком контактов, удаляют анодный оксил в окнах маски, осаждают раздельно Au - Ge-контакты на активной области при интенсивном освещении, а в темноте осаждают золото на вытравленных участках пластины.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8