МИКРОЭЛЕКТРОНИКА, 2012, том 41, № 3, с. 181-187
ПРИБОРЫ МИКРО-И НАНОЭЛЕКТРОНИКИ
УДК 621.382.002
ФОРМИРОВАНИЕ СУБМИКРОННОГО ЗАТВОРА GaAs ПТШ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЧЕТЫРЕХСЛОЙНОГО ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОГО МАКЕТА © 2012 г. В. С. Арыков1, А. М. Гаврилова1, О. А. Дедкова2, В. А. Кагадей1, Ю. В. Лиленко2
1 Закрытое акционерное общество "Научно-производственная фирма "Микран" 2 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт полупроводниковых приборов"
E-mail: arykov@micran.ru Поступила в редакцию 14.07.2011 г.
В работе выполнена разработка технологии формирования субмикронного затвора GaAs ПТШ длиной 0.5—0.1 мкм и высотой более 0.5 мкм с помощью четырехслойного диэлектрического макета. Использованы методы химического и плазмохимического осаждения из газовой фазы для получения пленок оксида кремния, отличающиеся скоростью травления в буферном растворе плавиковой кислоты. Исследованы различные конструкции многослойной структуры, отличающиеся последовательностью расположения слоев, а также их толщиной. Определены режимы химического и плазмохимического травления диэлектриков, позволяющих формировать макет двойной Т-образной формы. Применение макета сложной формы позволило получить затвор большого поперечного сечения при его малой длине. Показана принципиальная возможность получения затвора ПТШ длиной до Lg = 0.1 мкм с использованием методов фотолитографии, обладающих минимальным разрешением 1.0 мкм.
ВВЕДЕНИЕ
Для телекоммуникационных систем, аппаратуры беспроводной связи, радаров наземного и бортового базирования используются СВЧ монолитные интегральные схемы (МИС) на основе ионно-легированных СаАз полевых транзисторов с затвором Шоттки (ПТШ) [1—4]. Одним из прогрессивных методов, позволяющим достичь высоких параметров ПТШ, является метод самосовмещения топологических элементов и, в частности, самосовмещения затвора с контактными областями истока и стока транзистора [5—17]. Характерной особенностью данного метода является применение литографии с разрешающей способностью намного большей, чем получаемая длина затвора, а также выполнение базовых операций в следующей последовательности: формирование элемента самосовмещения большого размера, ионное легирование контактных областей стока и истока по маске полученного элемента и последующее уменьшение его длины плазмохими-ческим или химическим травлением. Коммерчески доступные технологии производства СаАз СВЧ МИС с самосовмещением топологических элементов условно можно разделить на две группы. В первой группе технологий, в качестве элемента самосовмещения используется затвор на основе тугоплавкой металлизации, способный выдержать высокотемпературный активацион-ный отжиг ионно-легированого слоя (ИЛС) при Т > 850°С [5—9]. Во второй группе технологий, в
качестве элемента самосовмещения используется одно-, двух- или трехслойный диэлектрический макет затвора, который после высокотемпературного отжига ИЛС и уменьшения длины макета затвора, заменяют на металлический затвор [9—17]. Недостатком технологий первого типа является значительное удельное сопротивление тугоплавкой металлизации затвора, приводящее к ухудшению частотных свойств ПТШ. Технологии второго типа позволяют избавиться от этого недостатка, однако не дают возможности получения металлического затвора большого поперечного сечения при малой его длине. В результате, опять не достигается минимальное сопротивление затвора, и, как следствие, максимальная рабочая частота ПТШ. Кроме этого, формирование макета затвора из одно-, двух- или трехслойной пленки диэлектрика предъявляет особые требования к его форме для самосовмещения контактных слоев стока и истока.
На основе анализа литературных данных можно предположить, что применение толстых многослойных диэлектрических макетов затвора должно позволить увеличить высоту субмикронного затвора и, тем самым, решить проблему его малого поперечного сечения. Применение многослойных макетов должно позволить большую возможность варьирования формы и обеспечить формирование затвора ПТШ малой длины. Поэтому исследование формирования субмикронных затворов ПТШ с помощью толстых много-
слойных диэлектрических макетов затвора является, безусловно, актуальной задачей.
Настоящая работа посвящена разработке самосовмещенной технологии формирования затвора ОаА ПТШ длиной 0.5—0.1 мкм и высотой более 0.5 мкм, в которой используется толстый четырехслойный диэлектрический макет двойной Т-образной формы, формируемый фотолитографией с минимальным разрешением 1.0 мкм.
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
В экспериментах использовались пластины полуизолирующего, а также ионно-легированно-го ОаАз (100) с уровнем концентрации электронов в активном слое толщиной 0.15 мкм равном 5 х 1012 см-2. Нанесение фоторезистивных покрытий производилось методом центрифугирования с вариацией скорости вращения пластины от 600 до 3000 об/мин. Формирование топологических рисунков осуществляли с помощью установок проекционной и контактной литографий с длинами волн излучения 404 и 254 нм, соответственно. Минимальное разрешение установок составляло 1.0 мкм.
Для осаждения оксида кремния методом химического осаждения из газовой фазы использовали 5% смесь моносилана в аргоне, кислород и азот. Температура подложки при осаждении составляла 360°С. Осаждение оксида кремния методом плазмохимического осаждения из газовой фазы проводили из смеси гекса-метил-дисилазана и кислорода при температурах подложки 110 и 250°С. Диэлектрическим слоям, полученным этими методами при различных температурах были присвоены обозначения ПИР-360, ПХ0-110 и ПХО-250, соответственно. Толщина осаждаемых слоев каждого типа варьировалась от 0.2 до 0.5 мкм.
Реактивно-ионное травление (РИТ) оксида кремния проводили в атмосфере CF4/H2, а РИТ фоторезистивных пленок - в атмосфере кислорода. Химическое травление оксида кремния осуществлялось в буферном растворе Н20 : HF : NH4F при комнатной температуре. Средние скорости травления пленок рассчитывались по формуле:
^тр = ^ тр ! ^ тр ' (1)
Напыление металлических пленок Т/Аи проводили в едином вакуумном цикле на установке термического напыления с увеличенным расстоянием испаритель-подложка. Термообработку металлических пленок проводили методом быстрого термического отжига.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Разработанная технологическая последовательность изготовления субмикронного затвора с
помощью многослойного диэлектрического макета затвора состояла из следующих операций. Методами плазмохимического и химического осаждения из газовой фазы на подложке последовательно формировали четыре пленки оксида кремния с различным составом и, как следствие, с различной скоростью травления в буферном растворе плавиковой кислоты. Далее методами оптической литографии и термического напыления формировалась металлическая маска, по которой с помощью РИТ изготавливался диэлектрический столбик макета затвора, определяющий геометрическое положение будущего электрода затвора относительно истока и стока транзистора. Формирование макета затвора, а также уменьшение длины той его части, которая отвечала за длину металлического затвора, производилось с помощью химического травления. При этом за счет различия в скоростях травления диэлектрических слоев столбик макета затвора приобретал двойную Т-образную форму. Далее на поверхность структуры наносился планаризирующий слой фоторезиста, уменьшение толщины которого осуществлялась РИТ в кислородной плазме вплоть до вскрытия верхней поверхности макета затвора. Затем с помощью химического травления проводилось удаление макета затвора и напыление барьерной металлизации в окна резистивной маски. Изготовление субмикронного затвора завершалось удалением резистивной маски и остатков металлической пленки.
Предложенная в настоящей работе двойная Т-образная идеальная форма четырехслойного макета (рис. 1) имеет следующие преимущества по сравнению с менее сложными формами одно-, двух- или трехслойных диэлектрических макетов [13-17]: во-первых, широкое основание нижнего слоя 1 обеспечивает механическую прочность макета, а также его адгезию к подложке; во-вторых, сочетание широкой 2 и узкой 3 частей макета, формируемых вторым и третьим слоем диэлектрика, обеспечивает отрицательный профиль, необходимый для получения качественного субмикронного металлического электрода затвора методом обратной литографии, причем узкая часть 3 определяет длину затвора. В-третьих, использование четвертого слоя 4 позволяет сохранить значительную высоту макета при химических и плазмо-химических операциях. Данная форма может быть достигнута при использовании слоев оксида кремния различного состава и с различной скоростью жидкостного травления, при этом слои с большей и меньшей скоростью травления должны чередоваться.
Суммарная толщина всех диэлектрических слоев может быть более 1.2 мкм и позволяет формировать металлический затвор большой площади поперечного сечения с высотой, практически равной высоте макета.
Рис. 1. Схематичное изображение идеальной формы четырехслойного диэлектрического макета затвора.
Осаждение диэлектрических пленок
Перед нанесением четырех слоев диэлектрика, поверхность подложки обезжиривали в органических растворителях. Каждый диэлектрический слой наносился в отдельном плазмохими-ческом процессе. Для улучшения адгезии слоев диэлектрика друг к другу перед осаждением каждого следующего слоя поверхность предыдущего слоя обрабатывали в водном растворе серной кислоты и в кислородной плазме.
Формированиерезистивных масок методами оптической литографии
Основными критериями выбора оптимального метода оптической литографии были: минимальное разрешение, совмещаемость слоев и точность позиционирования. Для установок экспонирования контактной и проекционной литографий при равенстве разрешения (1.0 мкм) неточность позиционирования отличается более чем в пять раз. Для проекционной литографии она составляет не более 0.1 мкм, а для контактной литографии на подложке диаметром 50 мм не менее 0.5 мкм. При этом в отличие от контактной литографии, проекционная литография использует промежуточный фотооригинал, линейные размеры рисунка н
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.