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 ni 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, ni 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 ni 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 ni 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 ni 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 КШ и увеличить КУР 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-ni 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 ni 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-ni 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 ni 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.
Таблица 1 | ||||||||
Размеры конструктивных элементов | Прототип | Предлагаемая конструкция | ||||||
№1 | №2 | Вариант 1 | Вариант 2 | |||||
Толщина n + слоя | 0,1 мкм | 0,1 мкм | 0,35 мкм | 0,3 мкм | ||||
Максимально достижимая глубина канавки | 0,1 мкм | 0,1 мкм | 0,3-0,4 мкм | 0,3-0,35 мкм | ||||
Нижняя часть Т-образного затвора (длина затвора) | 0,3 мкм | 0,2 мкм | 0,3 мкм | 0,2 мкм | ||||
Ширина затвора | 800 мкм | 150 мкм | 800 мкм | 150 мкм | ||||
Таблица 2 | ||||||||
ПараметрыТипы | Ширина затвора | Пробивное напряжение затвор-сток, исток | К Ш МИН | КУР ОПТ | ||||
Прототип | 800 мкм | 2,0 В | 4,0 ГГц: | 4,0 ГГц: | ||||
0,4 дБ | 11,0 дБ | |||||||
150 мкм | 2,0 В | 12,0 ГГц: | 12,0 ГГц: | |||||
0,8 дБ | 11,0 дБ. | |||||||
Предлагаемая полезная модель | 800 мкм | 9-10 В | 4,0 ГГц: | 4,0 ГГц: | ||||
0,3 дБ | 13,0 дБ | |||||||
150 мкм | 9-10 В | 12,0 ГГц: | 12,0 ГГц: | |||||
0,6 дБ | 13,0 дБ. |
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 ni 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.