DE2556038C2

DE2556038C2 - Verfahren zur Herstellung von Feldeffekttransistoren mit Schottky-Gate für sehr hohe Frequenzen

Info

Publication number: DE2556038C2
Application number: DE2556038A
Authority: DE
Inventors: Pham Ngu Paris Tung
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1974-12-13
Filing date: 1975-12-12
Publication date: 1983-07-28
Also published as: FR2294544A1; GB1530145A; JPS5185680A; JPS5718717B2; DE2556038A1; FR2294544B1; US4004341A

Description

gekennzeichnetdurch folgende Merkmale:

— in der dritten Verfahrensstufe (c) wird die gegen ionenätzen schützende Maske in Form von zwei Metallstreifen hergestellt, welche die späteren Source- und Drain-Elektroden bedekken;

— in der fünften Verfahrensstufe (e) wird vor dem Aufdampfen der Metallschicht eine durch ein Lösungsmittel entfernbare Schutzschicht aufgebracht und so strukturiert, daß sie wenigstens den Zwischenraum zwischen den Source- und Drainelektroden freiläßt;

— in der sechsten Verfahrensstufe (f) wird die Metallschicht elektrolytisch geätzt, wobei die Stromzuführung zu der Metallschicht über einen Kontakt erfolgt, der außerhalb des Zwischenraums zwischen den Source- und Drain-Elektroden angeordnet ist;

— in der siebenten Verfahrensstufe (g) wird die Schutzschicht und der darauf befindliche überflüssige Teil der Metallschicht mit Hilfe des Lösungsmittels entfernt;

— in einer achten Verfahrensstufe (h) wird durch eine weitere Ionenätzung die Halbleiterschicht dort entfernt, wo sie freiliegt.

2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das halbisolierende Substrat Galliumar senid ist und daß die Halbleiterschicht aus Galliumarsenid besteht, das mit Verunreinigungen vom N-Typ dotiert ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substratmaterial reines Aluminiumoxid ist

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial Indiumphosphidist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche ·ί bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallmaske aus einer Chromschicht besteht, die im Verlauf eines Zwischenschrittes hergestellt wird, welcher eine vorherige Maskierung und ein Auftragen von Chrom durch Aufdampfen im Vakuum umfaßt

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ionenätzen mit Hilfe von Argonionen ausgeführt wird, die eine Energie von ungefähr 1 keV und eine Dichte haben, welche einem Strom von ungefähr 1 mA/cm² entspricht

?. Verfahren nach einem der Anspräche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht aus Harz gebildet wird, welche durch Entwickeln einer elektronen- oder photonenempfindlichen Harzmaske erhalten wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht aus Aluminium besteht

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Feldeffekttransistoren mit Schottky-Gate nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiges Verfahren ist aus der FR-OS 21 04 704 bekannt

Bei Feldeffekttransistoren mit Schottky-Gate, die bei Frequenzen oberhalb von 30GKi' arbeiten sollen, überschreiten gewisse Abmessungen einen Mikrometerbruchteil nicht, insbesondere die Tiefe des Kanals. Der Abstand zwischen Source- und Drain-Elektrode liegt in der Größenordnung von einem Mikrometer. Die aufeinanderfolgenden Maskierungsoperationen werden schwierig, wenn eine ausreichend genaue Positionierung erzielt werden soll. In dem Fall der integrierten Schaltungen, in welchem einige zehn oder einige hundert Feldeffekttransistor-Strukturen auf demselben Substrat hergestellt werden soll, wird die Ausbeute äußerst gering. Bei integrierten Schaltungen dient das Substrat als Träger für Feldeffekttransistor-Strukturen, die in Mesa-Technik hergestellt sind, d. h. die von den benachbarten Strukturen durch eine Rille isoliert sind, welche das halbisolierende Substrat freilegt.

Das Verfahren zur Herstellung von Feldeffekttransistoren mit Schottky-Gates, das aus der bereits genannten FR-OS bekannt ist, hat den Vorteil, daß die Tiefe des Kanals und die gegenseitige Anordnung der Source-, Drain- und Gate-Elektroden mittels eines einzigen Maskierungsschrittes festgelegt werden. Dort sind jedoch keine Maßnahmen angegeben, die zur Herstellung der für integrierte Schaltungen erforderlichen Mesastruktur der Feldeffekttransistoren dienen.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Herstellungsverfahrens der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art, das die gleichzeitige Herstellung einer großen Anzahl von Feldeffekttransi-

stor-Strukturen mit Schottky-Gate mit einer guten Ausbeute ermöglicht Das Verfahren, durch das diese Aufgabe gelöst wird, ist im Anspruch 1 gekennzeichnet

Durch das Aufbringen der beiden Metallstreifen als Maske gegen Ionenätzung wird erreicht, daß zur Schaffung des Einschnittes zwischen der Source- und der Drain-Elektrode und zur Begrenzung des Umfangs der Mesastruklur nur eine Maske notwendig ist

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet ■· ,■

Die Erfindung wird nun anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnungen weiter erläutert In den Zeichnungen zeigt

Fi g. 1 bei(a) einen Querschnitt durch und bei (b) eine Draufsicht auf einen Feldeffekttransistor, der dem durch das Verfahren nach der Erfindung erhaltenen sehr nahekommt .

F i g. 2—6 die Hauptschritte des Verfahrens nach der Erfindung, und

F i g. 7 den am Schluß erhaltenen Transistor.

Wie weiter oben bereits erwähnt, ist das Verfahren nach der Erfindung bei der satzwefcen Herstellung einer großen Anzahl von Feldeffekttransistor-Strukturen auf ein und demselben Plättchen anwendbar, welches für die Strukturen ein gemeinsames Ausgangssubstiat bildet In dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel wird ein Teil eines Plättchens betrachtet, der den als Beispiel gewählten Feldeffekttransistor tragen soll. Es versteht sich jedoch, daß jede der im folgenden beschriebenen und dargestellten Operationen gleichzeitig auf anderen Teilen des Plättchens entsprechend den aus einer einzigen Maske ausgeschnittenen Mustern bei jedem Herstellungsschritt ausgeführt wird.

Die in Fig. 1 als Beispiel dargestellte Struktur ist ausgehend von. einem Teil 10 eines einkristallinen Galliumarsenidplättchens mit einer Dicke von 300 μπι bis 400 μπι hergestellt worden. Dieses Plättchen hat eine bekannte Ionenbehandlung erhalten, durch die es halbisolierend gemacht worden ist. Die eigentliche Feldeffekttransistorstruktur enthält außer dem Substratteil:

— einen Streifen 11 aus N-dotiertem Galliumarsenid (Länge: einige hundert Mikrometer; Breite: 3 μπι bis 4 μπι; Dicke ungefähr 3 μπι); der Streifen hat in seinem Mittelteil einen Einschnitt 110 mit einer Breite in der Größenordnung von einem Mikrometer und mit einer solchen Tiefe, daß er für den Bereich, in welchem sich der Kanal ausbilden soll, eine Höhe h von 0,5 μπι stehen läßt;

— ohmsche Elektroden, welche einen Stapel aus Streifen 12 und 13 (Legierungen aus Gold und Germanium, die mit Nickel überzogen sind) und aus Aluminiumüberzügen 14 und 15 enthalten, welche die Source- und Drainelektroden bilden;

— einen Aluminiumüberzug 111, welcher eine Schottky-Gateelektrode bildet, welche auf den Grund des Einschnittes 110 aufgebracht ist.

Im folgenden werden die aufeinanderfolgenden Schritte zur Herstellung einer Struktur beschrieben, die der in F i g. 1 dargestellten sehr nahekommt:

Schritt (a): Auf ein halbisolierendes Galliumarsenidplättchen trägt man durch Epitaxie eine Halbleiterschicht (beispielsweise aus Galliumarsenid) auf, die mit Verunreinigungen vom N-Typ (Zinn- oder Telluratome) dotiert ist, deren Konzentration von 10¹⁶ bis 10" Atome pro Kubikzentimeter g^ht.

Die Dicke der in den F i g. 1 und 2 mit der Bezugszahl 11 bezeichneten Schicht beträgt beispielsweise 3 um. Aus Gründen einer leichteren Herstellung beträgt diese Dicke zumindest 1 um, was genügt, um in dem unten angegebenen Schritt (d) einen Kanal zu erhalten, der ungefähr 0,5 μπι tief ist

Schritt (by. Auf die in dem Schritt (a) aufgetragene Halbleiterschicht trägt man eine in Fig.2 mit der Bezugszahl 20 bezeichnete Schicht aus leitendem Material auf, die: = _t

— entweder aus einer Legierung aus Gold und Germanium besteht welche beispielsweise 80 bis 90%<5old und 10 bis 20% Germanium enthält

— oder aus einer gleichen Legierung besteht, weiche mit einer Schicht aus reinem Nickel (mit einer Dicke von einigen hundert Angström) überzogen ist

Die Dicke der Schicht 20 liegt in der Größenordnung von einhundert Nanometer.

Die Schicht wird beispielsweise hergestellt, indem eine Gold.-Germanium-Legierung im Vakuum aufgedampft wird, woran anschließend, gegebenenfalls, reines Nickel im Vakuum aufgedampft wird.

Die so hergestellte Schicht erhält eine Wärmebehandlung, beispielsweise indem das Plättchen ungefähr fünf Minuten lang in einem Ofen unter Wasserstoffaimosphäre auf einer Temperatur von 450⁰C gehalten wird.

Schritt (cy. Auf die in dem Schritt (b) aufgetragene Schicht werden zwei Chromstreifen (in F i g. 2 mit den Bezugszahlen 21 und 22 bezeichnet) mit einer Dicke von ungefähr 300 nm aufgebracht. Die Herstellung dieser Streifen erfolgt durch ein herkömmliches Maskierungsund Belichtungsverfahren eines lichtempfindlichen Harzes unter Verwendung einer Maske, die entsprechend dem Muster der Streifenpaare 21,22 ausgeschnitten ist (diese Maske dient zur Herstellung aller Strukturen ein und desselben Plättchens). Nach dem Entwickeln des Harzes erhält man langgestreckte Vertiefungen, die den herzustellenden Paaren von Streifen 21 und 22 entsprechen. Durch Vakuumaufdampfung von Chrom füllt man die Vertiefungen aus und man überzieht das Harz mit einer Schicht, deren Dicke gleich der Teife der Vertiefungen ist Nach der Auflösung des Harzes verschwindet das auf das Harz aufgebrachte Chrom ebenfalls und es bleiben nur Paare von Streifen 21 und 22 bestehen. Die gesamten Operationen erfordern keine besondere Genauigkeit hinsichtlich der Positionierung der Streifen in bezug auf das Plättchen. Lediglich der Abstand zwischen den Streifen jedes Paares soll mit einer Genauigkeit eingehalten werden, die besser als ein Mikrometer ist (in der Größenordnung eines Zehntelmikrometers, wenn -.Jiögiich).

Schritt (dy. Es wird eine Ionenätzung der in dem Schritt (c) erhaltenen Struktur ausgeführt, indem das Plättchen in ein Gerät gebracht wird, in welchem es mit Ionen bearbeitet wird. Dieses Gerät enthält eine Quelle von Argonionen, Henen eine Energie von 1 keV gegeben wird, wobei die Dichte des lonenbeschusses einem Strom von 1 mA/cm³ entspricht. Wenn gewisse Teile des Plättchens, welches die zu ätzenden Strukturen trägt, geschützt werden sollen, bedeckt man sie mit einer Metallmaske (beispielsweise Aluminium oder Chrom, mit einer ausreichenden Dicke. Es ist bekannt, daß sich unter den vorstehend angegebenen lonenbeschußbedineungen folgende Ätzgeschwindigkeiten er-

geben:

— 250 nm/Minut.e für Galliumarsenid,

— 20 nm/Minute für Chrom,

— 40 nm/Minute für Aluminium.

Fig.3 zeigt die Struktur nach einer gewiesenen lonenbearbeitungszeit, beispielsweise nach etwa fünfzehn Minuten. Die Schicht 20 ist außerhalb der Streifen 2t und 22 verschwunden, die mit einer viel geringeren Dicke stehenbleiben. Die Schicht 11 ist tief geätzt und bleibt mit einer Dicke h bestehen. Man reguliert diese Dicke, indem man die Bearbeitung entsprechend den Angaben anhält, die von einer Probestruktur geliefert werden, welche unter den üblichen Bedingungen, die bei der lonenbearbeitung praktiziert werden, als Muster benutzt wird. In diesem Stadium ist zwischen den Streifen 21 und 22 ein Einschnitt vorhanden.

Schritt (e)r. Man bringt auf die am Ende des Schrittes (d) erhaltene Struktur, die in Fig.4 erneut dargesieiii ist. eine Maske 41 aus Harz auf. Das Harz bedeckt die gesamte Struktur mit Ausnahme des Bodens des Einschnittes und der Ränder dieses Einschnittes. Um nämlich die Genauigkeit zu begrenzen, die für die Herstellung der Maske erforderlich ist, überzieht man nur einen Teil der Streifen 21 und 22 mit Harz. Diese Maskierung kann mit Hilfe von elektronenempfindlichem Harz (beispielsweise Polymethacrylsäuremethylester) in einem elektronischen Maskierer ausgeführt werden. Die Dicke des Harzes liegt in der Größenordnung von 0,5 μΐη.

Man schreitet dann durch Aufdampfung im Vakuum zum Auftragen einer Aluminiumschicht auf die gesamte Struktur. Diese Aufdampfung erfolgt gerichtet (mit Hilfe einer entfernt angeordneten Quelle) und senkrecht zu der großen Fläche des Plättchens 10. Man erhält so in F i g. 4 dargestellte Aufträge mit folgenden Bezugszeichen:

- 43 für den Mittelteil, mit Schichten 431 (auf dem oberen Niveau) und 432 (auf dem unteren Niveau), welche eine Dicke von 0,5 μιη haben und durch einen sehr dünnen Streifen verbunden sind;

- 44 für die seitlichen Teile, mit Schichten 441 (auf dem oberen Niveau) und 443 (auf dem unteren Niveau), die durch viel dünnere Streifen 442 verbunden sind.

Schritt (ty. Die in dem Schritt (e) aufgebrachte Aluminiumschicht wird elektrolytisch geätzt, indem der Elektrodenkontakt auf dem Überzug 443 gebildet wird. Sobald der Streifen 442 entfernt ist, was aufgrund seiner geringen Dicke schnell vor sich geht, wird der elektrolytische Angriff nur bezüglich der Schicht 443 fortgesetzt und man erhält die in F i g. 5 dargestellte Struktur, in welcher an der Stelle 443 sehr wenig Aluminium noch vorhanden ist.

Schritt (gf. Man beseitigt das Harz 41 mit Hilfe eines Lösungsmittels und man erhält so die in Fig.6 dargestellte Struktur, wobei die Schichten 441 und 443 gleichzeitig mit dem Harz, das sie trug, beseitigt worden sind.

is Schritt (by. Man führt eine neue Ionenätzung unter denselben Bedingungen wie in dem Schritt (d) aus, aber mit einem Probemuster, das derart gewählt ist, daß die Ätzung unterbrochen wird, wenn die Schicht 11 und eine oberflächliche Schicht des Plättchens 10 auf dem umfang der Struktur beseitigt worden Sind. Man beobachtet, so wie in Fig.7 dargestellt, eine Rille 70. Die übrigbleibenden Aluminiumüberzüge (dieses Metall hat gegenüber der Ionenätzung eine bessere Beständigkeit als das Halbleitermaterial) bilden die Source- und Drainkontakte 71 und 72 sowie die Schottky-Gateelektrode 73.

Das beschriebene Herstellungsverfahren kann folgendermaßen geändert werden:

— in dem Schritt (a) kann man von einem Plättchen aus Saphir (Kristall aus reinem Aluminiumoxid) und einer Halbleiterschicht aus Indiumphosphid ausgehen; — in dem Schritt (c) kann man auf das Verfahren

der elektronischen Maskierung zurückgreifen, indem elektronenempfindliche Harze benutzt werden;

— in. dem Schritt (e) kann man, wenn die geforderte Genauigkeit nicht zu groß ist, die photographische Maskierung mit lichtempfindlichem Harz anwenden;

— in demselben Schritt (e) kann man ein Metall auftragen, bei welchem es sich nicht um Aluminium handelt, vorausgesetzt, daß es ein guter elektrischer Leiter ist, und mit der Halbleiterschicht einen Schottky-Kontakt bildet

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Feldeffekttransistoren mit Schottky-Gate in folgenden Verfahrens- stufen:

— in der ersten Verfahrensstufe (a) wird auf ein halbisolierendes Substrat eine Halbleiterschicht vorbestimmten Leitungstyps epitaktisch aufge- κ> bracht;

— in der zweiten Verfahrenstufe (b) wird auf die Halbleiterschicht eine Schicht aus leitendem Material aufgebracht, die zur späteren Bildung der Source- und Drain-Elektroden bestimmt ist;

— in der dritten Verfahrensstufe (c) wird eine gegen Ionenätzen schützende Maske aufgebracht, die den Zwischenraum zwischen den späteren Source- und Drain-Elektroden freiläßt;

— in der vierten Verfahrensstufe (d) wird eine ionenätzung durchgeführt, durch die in dem freigelassenen Zwischenraum das leitende Material und ein Teil der Halbleiterschicht unter Bildung eines Einschnitts abgetragen wird;

— in der fünften Verfahrensstufe (e) wird eine Metallschicht aufgedampft,deren Dicke auf den zur Halbleiteroberfläche senkrechten Flächen wesentlich geringer ist als auf den zur Halbleiteroberfläche parallelen Flächen;

— in der sechsten Verfahrensstufe (f) wird die Metallschicht soweit abgeätzt, daß sie auf den zur Halbleiteroberfläche senkrechten Flächen vollständig verschwindet, so daß der in dem Einschnitt verbleibende Teil der Metallschicht die Schottky-Gate-Elektrodv bildet;

— in der siebenten Verfahrensstufe (g) wird der überflüssige Teil der Metallschicht entfernt;