СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ПРИБОРА С Т-ОБРАЗНЫМ УПРАВЛЯЮЩИМ ЭЛЕКТРОДОМ
METHOD OF MAKING SEMICONDUCTOR DEVICE WITH T-SHAPED CONROL ELECTRODE

Изобретение относится к технологии микро- и наноэлектроники и может быть использовано для изготовления полупроводниковых приборов и схем, а именно транзисторов с Т-образной конфигурацией управляющего электрода с размерами менее 0,1 мкм.
Известен способ изготовления полупроводникового прибора с управляющим электродом субмикронной длины с помощью электронно-лучевой и наноимпринт литографий [1]. Электронно-лучевой литографией формируется штамп с рельефом, характерным для Т-образного управляющего электрода. Наноимпринт литография позволяет создавать с использованием изготовленного штампа Т-затвор с характерным размером менее 100 нм.
Недостатки этого способа - высокая трудоемкость, сложность технологии изготовления штампа и последующего совмещения рисунков, изготовленных по шаблонам, исполненным по разным технологическим нормам.
Известен способ изготовления полупроводникового прибора с Т-образным субмикронным управляющим электродом [2], включающий выделение на полупроводниковой подложке активной области прибора, формирование омических контактов, нанесение вспомогательных слоев диэлектрик-металл, формирование субмикронной щели в этом слое с последующим формированием Т-образного управляющего электрода, отличающийся тем, что щель во вспомогательном слое создается за счет зазора между двумя маскирующими металлическими слоями, который образуется в результате селективного химического травления открытых от фоторезиста участков первого слоя металла с одновременным подтравом его под резист на требуемую глубину, повторного нанесения на диэлектрик металлического слоя, «взрыва» фоторезиста и последующего плазмохимического травления диэлектрика через зазор, при этом Т-образная конфигурация упраляющего электрода создается за счет использования материалов вспомогательных слоев и металла управляющего электрода.
Недостатком этого способа является сложность процесса, что негативно влияет на воспроизводимость характеристик приборов и ИС.
Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ получения прибора с Т-образным электродом с использованием процесса фотолитографии с двукратным экспонированием и электрохимического осаждения металла [3]. Субмикронная щель в резисте создается за счет того, что часть резиста экспонируется при обоих положениях шаблона. При этом время выбирается равным половине необходимого времени проявления резиста. Таким образом полностью проявится резист, подвергшийся экспонированию два раза, а оставшийся резист будет проявлен на половину своей толщины. В результате этого создается Т-образный профиль. Далее напыляется слой металла и осаждается второй слой резиста, необходимый для электрохимического осаждения. В нем фотолитографией создается профиль широкой части затвора. После этого производится электрохимическое осаждение металла затвора.
Недостатки этого способа - проведение двукратного экспонирования с перемещением шаблона приводит к невоспроизводимости одинаковых субмикронных размеров по пластине, еще большей невоспроизводимости от пластины к пластине, а формирование второй фоторезистивной маски для электрохимического осаждения металла приводит к частичному растворению и, следовательно, к искажению формы и размеров первого фоторезистивного слоя. Проблематичны также равномерное осаждение металла в субмикронную щель и устойчивость данной конструкции при проведении последней операции «взрыва» фоторезиста (возможно отслоение управляющего электрода от подложки).
Задача изобретения - уменьшение длины каналов транзисторов, упрощение и удешевление изготовления приборов и интегральных схем (ИС) на их основе.
4
2
2
2
Это достигается за счет того, что Т-образный управляющий электрод формируется контактной литографией и наноимпринт литографией, причем штамп наноразмерных электродов изготавливается на подложке арсенида галлия с ориентацией [100] «взрывной» фотолитографией, использующей комплект фотошаблонов затворов, зеркальный к рабочему, оставшиеся после взрыва полоски металла ориентированы под углом 45±2 градуса по отношению к базовому срезу подложки, затем проводят травление подложки в перекисно-аммиачном растворе (NHOH*HO*HO), после которого под полосками образуются прямоугольные выступы, образующие рельеф штампа, далее на пластину арсенида галлия с нанесенным слоем диэлектрика наносят слой резиста, в который наноимпринт литографией копируют рельеф штампа, проводят плазмохимическое травление, перенося рельеф штампа в слой диэлектрика на всю его глубину и, после удаления резиста, наносят слой фоторезиста, с помощью фотолитографии с использованием рабочего шаблона в нем формируют Т-образные управляющие электроды.
2
4
2
2
2
2
Использование наноимпринт литографии позволяет удешевить и упростить формирование затвора шириной 100 нм и менее. Известно - если полоска металла параллельна базовому срезу, то пластина арсенида галлия под ней травится под углом 45 градусов, а если полоска расположена под углом 45 градусов к базовому срезу, то угол травления составит 90 градусов. Это применимо к подложкам с ориентацией [100]. Таким образом, ограничение на угол ориентации полосок металла обусловлено возможностью «взрыва» фоторезиста при отклонении рельефа штампа от прямоугольного. Ширина полосок металла обусловлена применяющимся фотошаблоном, т.е. требованиями к широкой части затвора. Зная скорость травления подложки, можно получить размеры канала 100 нм и менее. Буферный слой SiO необходим для уменьшения емкости затвора, а также он придает устойчивость системе. Использование зеркальных фотошаблонов необходимо из-за того, что при отпечатывании штампа в резисте формируется перевернутое изображение, и по этой причине невозможно использовать ранее задействованный фотошаблон в последующих операциях. Для достижения самосовмещенности зеркальный фотошаблон изготавливается с использованием рабочего шаблона. Пропорции NHOH*HO*HO были подобраны таким образом, чтобы обеспечить приемлемую скорость травления подложки, и при выбранном нами соотношении 1:1:80 она равна 3 нм/с. Изменяя объем HO в растворе, можно регулировать скорость травления. Толщины слоев, ширина канала и материал затвора выбираются таким образом, чтобы обеспечить необходимые характеристики устройства. Широкая часть затвора совмещена с узкой частью за счет использования негативных фотошаблонов при изготовлении штампа и позитивных фотошаблонов при формировании широкой части затвора.
4
2
2
2
2
2
2
Пример. На подложке GaAs с ориентацией [100] взрывной фотолитографией создавали полоски Ti шириной 1 мкм, ориентированные под углом 45 градусов по отношению к базовому срезу пластины. После этого проводилось травление GaAs в растворе NHOH*HO*HO в пропорциях 1:1:80, в результате чего подложка травилась под углом 90 градусов, и формировались прямоугольные выступы под металлическими полосками. При длительности травления 160 секунд ширина GaAs под металлом составила 100 нм. Данная подложка резалась на штампы 1×1 см. На следующую пластину GaAs с ориентацией [100] наносился слой SiO толщиной 100 нм и РММА резиста толщиной 100 нм, в котором наноимпринт литографией создавались оттиски изготовленных штампов глубиной 80 нм. Резист дотравливался до SiO в кислородной плазме. Плазмохимическим травлением углубления в РММА протравливались в SiO до подложки. Далее слой РММА удалялся и наносился фоторезист толщиной 0,5 мкм, после чего проводилась фотолитография с использованием рабочего фотошаблона, по отношению к которому применявшийся при изготовлении штампа шаблон является зеркальным. В результате этого фоторезист над оттиском штампа экспонировался, и ширина засвеченного резиста составляла 1 мкм. После удаления экспонированных областей напылялась система V-Ti с толщинами слоев 30 нм и 300 нм соответственно. Удаляя фоторезист, получили Т-образный профиль затвора. Далее фотолитографией формировались области стока и истока.
Использование предлагаемого способа изготовления полупроводниковых приборов и ИС с Т-образным управляющим электродом обеспечивает следующие преимущества: возможность уменьшения длины затвора ограничена формируемым штампом и позволяет достичь значений порядка 50 нм; устойчивое формирование Т-образного управляющего электрода в результате использования наноимпринт литографии для формирования профиля затвора; самосовмещенность предложенной технологии позволяет упростить процесс изготовления устройств.
Источники информации
1. D.S.Macintyre, Y.Chen, D.Lim and S.Thoms: J.Vac.Sci. Technol. В 19 (2001) 2797 [AIP Scitation].
2. Патент РФ 2192069, кл. H01L 21/338, 2002. Способ изготовления полупроводникового прибора с т-образным управляющим электродом субмикронной длины.
3. Патент США 5861327, кл. 438/167, 1999. Fabrication method of gate electrode in semiconductor device. Maeng et al. - прототип.