Полевой транзистор с субмикронным затвором шоттки

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано при изготовлении полевых транзисторов с субмикронным барьером Шоттки на арсениде галлия. Полезная модель содержит, подконтактный n⁺ слой, рабочий n слой, буферный n_i слой, омические контакты стока и истока, самосовмещенный с канавкой в n⁺ слое Т-образный затвор, сформированный в окне из основного диэлектрика, зауженном специальными вставками из вспомогательного диэлектрика, и канавке в n⁺ слое. Основной диэлектрик содержит несколько слоев, имеющих разную скорость травления, боковая поверхность окна в основном диэлектрике содержит выступы и впадины, а поверхность выполненных в окне вставок из вспомогательного диэлектрика обращенная к боковой поверхности окна, содержит ответные ее впадины и выступы. Предлагаемая конструкция позволяет повысить стойкость диэлектрических вставок к действию травителя при вытравливании канавки в подконтактном n⁺ слое, что позволяет увеличить толщину подконтактного n⁺ слоя и в 3-4 раза, по сравнению с прототипом, а это в свою очередь улучшает электрические параметры ПТШ.

Полезная модель полевого транзистора с субмикронным затвором Шоттки относится к области электронной техники и может быть использована при изготовлении полевых транзисторов с барьером Шоттки (ПТШ) на арсениде галлия.

Известна конструкция ПТШ с Т-образным затвором, сформированным в окне диэлектрика и канавке в n ⁺ слое, см. патент РФ №2131631. Эта конструкция ПТШ включает в себя: подконтактный n⁺ слой, рабочий n слой, n_i буферный слой, полуизолирующую подложку, омические контакты стока и истока, самосовмещенный с канавкой в n⁺ слое Т-образный затвор, сформированный в окне диэлектрика. Недостатком конструкции является ее нетехнологичность и невоспроизводимость размеров элементов.

Известна конструкция ПТШ, выбранная за прототип, с Т-образным затвором, сформированным в окне диэлектрика, зауженном специальными диэлектрическими вставками - см. Самсоненко Б.Н. "Формирование субмикронных затворов с использованием контактной фотолитографии" - Электронная промышленность, №2, 1995 г., стр.46 и 47.

Эта конструкция включает в себя: подконтактный n ⁺ слой, рабочий n слой, буферный n_i слой, полуизолирующую арсенид галлиевую подложку, омические контакты стока и истока, самосовмещенный с канавкой в n ⁺ слое, Т-образный затвор, сформированный в окне из основного диэлектрика, зауженном специальными вставками из вспомогательного диэлектрика.

Недостатком конструкции является малая прочность сцепления вставок из вспомогательного диэлектрика со стенкой окна из основного диэлектрика, в результате чего, при травлении канавки в арсениде галлия для удаления n⁺ слоя толщиной более 0,15 мкм перед напылением затвора, вставки разрушаются и окно расширяется до прежних размеров. Это не позволяет увеличивать толщину n⁺ слоя более толщины n слоя, что необходимо для уменьшения сопротивления канала, увеличения пробивных напряжений, улучшения шумовых и усилительных свойств транзистора.

Технической задачей полезной модели является улучшение электрических параметров полевого транзистора с субмикронным затвором Шоттки.

Эта задача решается тем, что предлагаемая полезная модель полевого транзистора с субмикронным затвором Шоттки, содержит подконтактный n⁺ слой, рабочий n слой, буферный n_i слой, омические контакты стока и истока, самосовмещенный с канавкой в n ⁺

слое Т-образный затвор, сформированный в окне из основного диэлектрика, зауженном специальными вставками из вспомогательного диэлектрика и канавке в n⁺ слое, причем, основной диэлектрик содержит несколько слоев имеющих разную скорость травления, боковая поверхность окна в основном диэлектрике содержит выступы и впадины, а поверхность, выполненных в окне вставок из вспомогательного диэлектрика, обращенная к боковой поверхности окна, содержит ответные ее впадины и выступы, при этом толщина подконтактного n⁺ слоя в 3-4 раза больше толщины рабочего n слоя.

На фиг.1 схематически изображен разрез активной структуры полевого транзистора с субмикронным затвором Шоттки, конструкция которого принята за прототип.

На фиг.2 схематически (в разрезе) изображена конструкция предлагаемой полезной модели полевого транзистора с субмикронным затвором Шоттки.

Полевой транзистор с субмикронным затвором Шоттки содержит подконтактный n⁺ слой 1, рабочий n слой 2, буферный n_i слой 3, полуизолирующую подложку 4, омический контакт истока 5, омический контакт стока 6, канавку в подконтактном n⁺ слое 7, основной диэлектрик 8, окно в основном диэлектрике 9, зауженное вставками из вспомогательного диэлектрика 10, самосовмещенный с канавкой в подконтактном n⁺ слое, Т-образный затвор, состоящий из верхней 11 и нижней 12 части.

Принцип работы полевого транзистора заключается в следующем. На омические контакты стока 6 и истока 5 подается постоянное напряжение. В результате от истока 5 к стоку 6 через n⁺ слой 1 и n слой 2 протекает ток. Уровень тока задается подачей напряжения на затвор 11, 12. Переменный сигнал, который нужно усилить подается на затвор 11, 12 и исток 5. Усиленный сигнал снимается с контактов стока 6 и истока 5.

Параметры полевого транзистора с субмикронным затвором Шоттки (прежде всего коэффициент шума - К _Ш и коэффициент усиления по мощности - К _УР) определяются:

- толщиной применяемого подконтактного n⁺ слоя 1, чем он толще, тем меньше паразитные сопротивления истока и стока;

- глубиной канавки в подконтактном n⁺ слое 7, чем она глубже, тем выше пробивные напряжения стока и истока;

- конструкцией затвора, которая должна обеспечивать его минимальное омическое сопротивление.

Выполнение этих требований позволяет существенно уменьшить К_Ш и увеличить К_УР полевого транзистора с субмикронным затвором Шоттки.

Предлагаемая конструкция полезной модели позволяет увеличить, по сравнению с прототипом в 3-4 раза толщину подконтактного n ⁺ слоя и соответственно глубину

канавки в n ⁺ слое за счет того, что вставки из вспомогательного диэлектрика имеют более прочное крепление к боковым стенкам окна в основном диэлектрике, не разрушаются в процессе травления канавки под затвор и тем самым улучшают электрические параметры.

Согласно предложенной полезной модели были изготовлены полевые транзисторы с субмикронным затвором Шоттки на основе арсенида галлия.

Первая конструкция ПТШ, фиг.2, содержит:

- исходный материал эпитаксиальная структура арсенида галлия со слоями n ⁺-n-n_i типа, ориентацией (100):

- подконтактный n⁺ слой 1, концентрация 5,0·10¹⁸ см^-3 , толщина 0,35 мкм;

- рабочий n слой 2, концентрация 2,5·10 ¹⁷ см^-3, толщина 0,12 мкм;

- буферный n_i слой 3;

- основной диэлектрик 8, суммарной толщиной 0,8 мкм, состоящий из трех слоев:

- SiO₂ (плазмохимический), 0,5 мкм;

- SiO₂ (термический), 0,15 мкм;

- Si₃Н₄ (катодный), 0,15 мкм;

- окно в основном диэлектрике 9, размер окна 1,0 мкм;

- диэлектрические вставки 10;

- канавка в подконтактном n⁺ слое 7, глубина канавки 0,3-0,4 мкм;

- верхняя часть Т-образного затвора 11, ширина затвора 800 мкм;

- нижняя часть Т-образного затвора 12, длина затвора 0,3 мкм. Размеры конструктивных элементов в сравнении с прототипом представлены в таблице 1, а параметры полевого транзистора в таблице 2.

Вторая конструкция ПТШ, фиг.2, содержит:

- исходный материал эпитаксиальная структура арсенида галлия n⁺-n-n_i типа, ориентацией (100):

- подконтактный n⁺ слой 1, концентрация 5,0·10¹⁸ см ^-3, толщина 0,3 мкм;

- рабочий n слой 2, концентрация 2,5·10¹⁷ см^-3 , толщина 0,1 мкм;

- буферный n_i слой 3;

- основной диэлектрик 8, суммарной толщиной 0,8 мкм, состоящий из двух слоев:

- SiO₂ (плазмохимический), 0,5 мкм;

- Si₃ N₄ (катодный), 0,3 мкм;

- окно в основном диэлектрике 9, размер окна 1,0 мкм;

- диэлектрические вставки 10;

- канавка в подконтактном n ⁺ слое 7, глубина канавки 0,3-0,35 мкм;

- верхняя часть Т-образного затвора 11, ширина затвора 150 мкм;

- нижняя часть Т-образного затвора 12, длина затвора 0,2 мкм.

Размеры конструктивных элементов полевого транзистора в сравнении с прототипом представлены в таблице 1, а параметры в таблице 2.

Из приведенных таблиц 1 и 2 видно, что предлагаемая конструкция ПТШ позволяет за счет того, что основной диэлектрик содержит несколько слоев, имеющих разную скорость травления, формировать боковую поверхность окна в основном диэлектрике, которая содержит впадины и выступы и диэлектрические вставки из вспомогательного диэлектрика с ответными выступами и впадинами, что повышает прочность их взаимного сцепления. Благодаря этому повышается стойкость диэлектрических вставок к действию травителя при вытравливании канавки в подконтактном n ⁺ слое, и это в свою очередь позволяет увеличить толщину подконтактного n⁺ слоя и в 3-4 раза, по сравнению с прототипом, что необходимо для улучшения электрических параметров ПТШ.

Полевой транзистор с субмикронным затвором Шоттки, содержащий подконтактный n⁺ слой, рабочий n слой, буферный n_i слой, омические контакты стока и истока, самосовмещенный с канавкой в n⁺ слое Т-образный затвор, сформированный в окне из основного диэлектрика, зауженном специальными вставками из вспомогательного диэлектрика и канавке в n⁺ слое, отличающийся тем, что основной диэлектрик содержит несколько слоев имеющих разную скорость травления, боковая поверхность окна в основном диэлектрике содержит выступы и впадины, а поверхность, выполненных в окне вставок из вспомогательного диэлектрика, обращенная к боковой поверхности окна, содержит ответные ее впадины и выступы, при этом толщина подконтактного n⁺ слоя в 3-4 раза больше толщины рабочего n слоя.