СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ T-ОБРАЗНОГО ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ЗАТВОРА В ВЫСОКОЧАСТОТНОМ ПОЛЕВОМ ТРАНЗИСТОРЕ
METHOD FOR MANUFACTURING T-SHAPED GALVANIC GATE IN HIGH-FREQUENCY FIELD-EFFECT TRANSISTOR

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.
а
На фиг. 1, ) показана структура, содержащая полуизолирующую подложку карбида кремния 1, на которой выращены гетероэпитаксиальные полупроводниковые слои 2, необходимые для создания транзистора и покрывающий капсулирующий слой 3.
б
На фиг. 1, ) 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.
в
L
g
На фиг. 1, ) показана структура после нанесения резистивной маски 7, формирования литографическими методами определяющей длину затвора  окна 8 расположенного в центре канала транзистора между контактами стока 4 и истока 5, травления тонкого металлического слоя 6.
г
в
На фиг. 1, ) показана представленная на фиг. 1,  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.
д
L
sh
На фиг. 1, ) 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 .
е
На фиг. 1, ) 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.
ж
На фиг. 1, ) 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.
i
L
L
L
L
g
Sh
Sh
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 -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 Δ 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 =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  регулировался изменением толщины гальванического золота, то есть времени ЭХ осаждения. Увеличение времени ЭХ осаждения приводит к увеличению размеров шляпки затвора  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.