Публикация научных статей.
Вход на сайт
E-mail:
Пароль:
Запомнить
Регистрация/
Забыли пароль?
Вакпрофи. Публикация статей ВАК, Scopus
Научные направления
Поделиться:
Разделы: Электроника
Размещена 26.06.2018.

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ФОРМИРОВАНИЯ ЩЕЛИ ПОД НОЖКУ ЗАТВОРА ПТШ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРИСТЕНОЧНОГО ДИЭЛЕКТРИКА

Головко Мария Сергеевна

нет

Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники

магистрант

Пехтелев Михаил Игоревич, начальник участка Вакуумные и плазменные процессы (ВиПП) СВЧ МИС, научно-производственная фирма «Микран», Томск


Аннотация:
Разработка технологии получения субмикронного Т-образного затвора с использованием оптической литографии является очень актуальной. В настоящей работе рассмотрен такой косвенный метод формирования субмикронного затвора ПТШ как метод с использованием пристеночного диэлектрика. Также представлены результаты экспериментов по разработке режимов травления и осаждения первого и второго слоя нитрида кремния соответственно. В качестве оборудования использовались установки плазмохимического травления и осаждения, установка электронно-лучевого напыления и электронный микроскоп.


Abstract:
The development of technology for production a submicron T-gate using optical lithography is very important. In this paper, such indirect technique of formation a submicron gate of MESFET as a technique using a side-wall dielectric is considered. The results of experiments of the development of etching and deposition actions of the first and second layers of silicon nitride, respectively, are also presented. Plasma-chemical etching and deposition facility, an e-beam sputtering set and an electron microscope were used as equipment.


Ключевые слова:
Т-образный затвор; ПТШ; субмикронный; пристеночный диэлектрик; плазмохимическое травление; технология; арсенид галлия; нитрид кремния

Keywords:
T-gate; MESFET; submicron; side-wall dielectric; plasma-chemical etching; technology; GaAs; SiN


УДК 621.382.32

Введение. На данный момент технология изготовления полевых транзисторов с затвором Шоттки (ПТШ) основана на применении арсенида галлия. Важнейшим свойством GaAs является высокая подвижность электронов (в слабых полях она в 6 раз выше, чем у кремния), связанная с малой эффективной массой носителей [1].Это позволяет использовать ПТШ в качестве элементов усилителей мощности, переключателей и  СВЧ-модулей радиотехнического оборудования, так как они способны усиливать и генерировать электромагнитные колебания практически во всём СВЧ диапазоне вплоть до миллиметровых волн.

Одним из наиболее важных параметров ПТШ является длина затвора. Т-образная форма затвора в сочетании с его малой длиной и приводит к максимальной граничной частоте и минимальному коэффициенту шума транзистора [2].

Технология формирования Т-образного затвора с использованием пристеночного диэлектрика. На сегодняшний день применяемая на предприятии НПФ «Микран» технология позволяет обеспечивать длину затвора от 150 до 600 нм. При этом топологические нормы в 150 нм, 250 нм и 350 нм достигаются с помощью электронно-лучевой литографии. Для обеспечения работы разработанных усилителей именно в диапазоне сантиметровых длин волн, т.е. в СВЧ-диапазоне, требуемая длина затвора составляет 230-250 нм. Использование электронно-лучевой литографии для этой цели является достаточно время затратным, что будет сказываться на цене и объеме производства. Поэтому, в данном случае, выбор метода формирования ножки затвора с помощью оптической литографии, являющейся наиболее производительной, и разработка соответствующей технологии являются очень актуальными.

Один из таких косвенных методов был разработан в НПФ «Микран». Это метод формирования Т-образного затвора с использованием пристеночного диэлектрика. Он заключается в том, что сначала на полупроводниковую пластину осаждается первый слой нитрида кремния толщиной около 150-170 нм, в котором с помощью оптической УФ литографии и плазмохимического травления в атмосфере SF6/CHF3 формируется исходная щель. Затем после удаления маски в атмосфере SiH4/N2 осаждается второй слой нитрида кремния толщиной около 220 нм, который должен обладать высокой конформностью, стремящейся к единице. После этого производится операция плазмохимического травления уже второго слоя на глубину, равную его толщине [3].

Основой для формирования ножки затвора служит результирующая щель в слое SixNy, размер которой в результате данных операций уменьшается. При увеличении толщины второго слоя диэлектрика размер длины затвора будет уменьшаться. Полученная щель будет также определять форму ножки. Как показано на рисунке 1, сам затвор формируется при помощи двухслойной резистивной маски и напыления системы металлов Ti/Au/Pt.

Схема формирования затвора с использованием пристеночного диэлектрика

Рисунок 1 – Схема формирования затвора с использованием пристеночного диэлектрика

Одним из недостатков разработанного метода [3] является то, что угол наклона стенок щели при данной технологии составляет около 45, в то время как он должен быть порядка 60°-70° [4]. Это объясняется тем, что при меньшем угле наклона возрастает вероятность резкого увеличения размера самого затвора, а при большем могут образоваться пустоты при напылении.

Целью данной работы является разработка режима травления первого слоя нитрида кремния.

Разработка режима травления первого слоя SixNy. Для проведения эксперимента использовались пластины с пленкой  толщиной 0,15 мкм и со сформированной маской для травления щели. Травление образцов производилось в 11 различных режимах, как указано выше в атмосфере гексафторида серы и трифторметана (SF6/CHF3). Данные режимы относятся к РИТ с использованием индуктивно-связанной плазмы (ICP-RIE) и осуществлялись на установке плазмохимического осаждения и травления с использованием индуктивно-связанной плазмы Oxford Plasmalab System 133-ICP 380.

Их отличием является то, что семь режимов (№1, №2, №4, №6, №8, №9, №10) были реализованы с использованием в качестве рабочего газа молекулярного кислорода (O2), а четыре режима (№3, №5, №7, №11) – с использованием аргона. При этом пять из имеющихся режимов (№1, №2, №8, №9, №11) основаны на травлении без подачи ВЧ-мощности на подложку, т.е. без осуществления дополнительного смещения ионов и активных радикалов на поверхность пластины.

По полученным данным был проведен анализ результатов эксперимента, представленный в таблице 1. В режимах, в которых подавалась ВЧ-мощность, она устанавливалась равной 10 Вт, 20 Вт или 30 Вт.

Таблица 1 – Данные анализа эксперимента по травлению первого слоя

Режим

Параметры отбора

Угол наклона стенок щели

Наличие остатков SixNy

Сглаженность краев щели

Профиль наклона стенок щели

№1

нельзя измерить

да

достаточно ровные

вогнутый

№2

61°-62°

да

недостаточно ровные

пологий

№3

69°-70°

нет

достаточно ровные

немного вогнутый

№4

79°-80°

да

достаточно ровные

немного вогнутый

№5

70°-71°

да

достаточно ровные

немного вогнутый

№6

67°-68°

нет

достаточно ровные

немного вогнутый

№7

74°-75°

нет

достаточно ровные

пологий

№8

нельзя измерить

нет

достаточно ровные

сильно вогнутый (близок к профилю при изотропном травлении)

№9

нельзя измерить

нет

недостаточно ровные

сильно вогнутый

№10

нельзя измерить

нет

неровные

сильно вогнутый

№11

нельзя измерить

нет

достаточно ровные

сильно вогнутый

Из анализа таблицы 1 видно, что по углу наклона щели удовлетворяют требованиям режимы №2, №3, №5, №6 и №7. Из них у режимов №2 и №5 слой нитрида кремния стравливается не полностью, а имеются его остатки на дне щели.

Также к исходным требованиям относится то, что профиль наклона стенок сформированной щели должен быль пологим. Это объясняется тем, что при таком профиле выше воспроизводимость размера ширины щели. Так как у режимов №3 и №6 профиль наклона стенок щели немного вогнутый, то из этого следует, что режимом, наиболее отвечающим требуемым параметрам является режим №7. Параметры данного режима представлены в таблице 2.

Таблица 2 – Параметры режима травления №7

SF6, %

CHF3, %

Ar, %

ICP, Вт

RF, Вт

P, мТорр

t, мин

27,2

65,2

7,6

500

20

5

4

На рисунках 2 и 3 представлены микрофотографии неудачных результатов травления. Они были получены с использованием электронного микроскопа Raith 150-Two. Микрофотография скола щели, полученной при выбранном режиме №7, представлена на рисунке 4.

Результат травления в режиме №1

Рисунок 2 – Результат травления в режиме №1

Результат травления в режиме №11

Рисунок 3 – Результат травления в режиме №11

 Результат травления в режиме №7

Рисунок 4 – Результат травления в режиме №7

Как видно из рисунка 4, при травлении в режиме №7 края щели действительно достаточно ровные и нитрид кремния протравлен на всю толщину.

Заключение. В результате проведенной работы был рассмотрен метод формирования Т-образного затвора с использованием пристеночного диэлектрика. Также по результатам проведенного эксперимента из 11 режимов травления исходной щели в слое SixNy был режим №7. Угол наклона стенок щели при этом составил около 74°-75°.

Библиографический список:

1. Колосницын Б.С. Электронные приборы на основе полупроводниковых соединений: учеб.-метод. пособие / Б.С. Колосницын, С.В. Гранько. – Минск: БГУИР, 2017. – 94 с.
2. Гроо Е.П. Статические характеристики малошумящего полевого транзистора для СВЧ приборов [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.micran.ru/sites/micran_ru/data/UserFile/File/Publ/2004/Statchar.pdf (дата обращения: 20.01.2018).
3. Степаненко М.В. Полевой транзистор с субмикронным T-образным затвором, полученный с использованием пристеночного диэлектрика: доклад, тезисы доклада / М.В. Степаненко, В.С. Арыков, А.М. Ющенко // Доклады ТУСУРа. – 2014. – № 1 (31), ч.1. – С. 103-105.
4. Fukushi D., Watanabe M., Nakajima S. High speed 0.18µm ion-implanted GaAs MESFET process with high uniformity and excellent reproducibility [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://csmantech.pairserver.com/Digests/2003/2003PDF/7-3.pdf (дата обращения: 15.02.2018).




Рецензии:

16.07.2018, 15:05 Мухуров Николай Иванович
Рецензия: Статья посвящена актуальной проблеме совершенствования технологии изготовления полевых транзисторов с затвором Шоттки (ПТШ) с применением арсенида галлия. Рассмотрен в сравнении с традиционным использующим электронно-лучевую литографию косвенный метод формирования субмикронного затвора ПТШ с использованием пристеночного диэлектрика. По результатам экспериментов выбраны оптимальные режимы травления и осаждения первого и второго слоя нитрида кремния, соответственно. Результаты работы найдут применение в качестве элементов усилителей мощности, переключателей и СВЧ-модулей радиотехнического оборудования для усиления и генерирования электромагнитных колебаний в широком СВЧ диапазоне вплоть до миллиметровых длин волн. Замечания. 1. Расшифровать термины "ножка затвора", "результирующая щель", "РИТ". 2. "Целью данной работы является разработка режима травления первого слоя нитрида кремния" (с какими параметрами и для чего?). 3. Каковы критерии: Таблица 1: Угол наклона стенок щели - нельзя измерить (не научный термин, т.к. должен содержать критерий оценки в каких-то параметрах, определяемых точностью измерений приборов или методов измерений, например, менее 60°, более 75°). Сглаженность краев щели - достаточно ровные/недостаточно ровные. Профиль наклона стенок щели - немного вогнутый, вогнутый, сильно вогнутый, пологий. Привести цифровые данные. "При таком профиле выше воспроизводимость размера ширины щели" (на сколько в % по сравнению с другими?). 4. Рисунки 2-4 объединить. Термин "микрофотографии неудачных результатов травления" - не научная терминология (правильнее, Рис. 2. Микрофотографии результатов травления с геометрическими параметрами профиля: а) и б) не удовлетворительного качества, в) с оптимальными данными. 5. Заключение следует расширить, указав конкретные данные полученных положительных результатов. После указанной доработки статью можно рекомендовать к публикации без дополнительного рецензирования.



Комментарии пользователей:

Оставить комментарий


 
 

Вверх