RU2460172C1 - Transistor based on semiconductor compound and method of its manufacturing - Google Patents

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: transistor based on a semiconductor compound comprises a semiconductor plate, a channel and a contact layers, ohmic contacts of a source and a drain, made on the basis of a thin-film compound of Ge and Cu, and a gate, where thin films of barrier-forming metal, a diffusion barrier and a conductor are installed in layers on a semiconductor plate. The gate conductor material is a thin-film compound of Ge and Cu with thickness of 10-1,000 nm, with mass content of Ge in the range of 20-45%.

EFFECT: higher thermal stability of gate parameters, lower value of reduced contact resistance of ohmic contacts of a source and a drain.

6 cl, 6 dwg, 1 tbl

Description

Изобретения относятся к технологии микроэлектроники, а именно к технологии получения монолитных интегральных схем (МИС) на основе полупроводниковых соединений A^IIIB^V, в частности к созданию транзистора на основе полупроводникового соединения, не содержащего драгоценных металлов и способу его изготовления.The invention relates to the technology of microelectronics, and in particular to the technology for producing monolithic integrated circuits (MIS) based on semiconductor compounds A ^III B ^V , in particular to the creation of a transistor based on a semiconductor compound that does not contain precious metals and the method for its manufacture.

Известен гетеробиполярный транзистор (Патент US 7420227, МПК H01L 29/45, опубл. 02.09.2008 г.), в котором омический контакт к области полупроводника n-типа проводимости выполнен на основе тонких пленок Pd/Ge/WN_x/Cu или Pd/Ge/Cu, где слой Pd расположен на поверхности полупроводниковой пластины, омический контакт к области полупроводника р-типа проводимости выполнен на основе тонких пленок Pt/Ti/Pt/Cu, где слой Pt расположен на поверхности полупроводниковой пластины, межэлементные соединения выполнены на основе тонких пленок Ti/Pt/Cu, где слой Ti расположен на поверхности слоя Cu.A heterobipolar transistor is known (US Pat. No. 7,420,227, IPC H01L 29/45, published September 2, 2008), in which the ohmic contact to the region of the n-type semiconductor is made on the basis of thin films Pd / Ge / WN _x / Cu or Pd / Ge / Cu, where the Pd layer is located on the surface of the semiconductor wafer, the ohmic contact to the region of the p-type semiconductor is made on the basis of thin Pt / Ti / Pt / Cu films, where the Pt layer is located on the surface of the semiconductor wafer, the interconnects are made on the basis of thin Ti / Pt / Cu films, where the Ti layer is located on the surface of the layer oya Cu.

Недостатком данного транзистора является недостаточно низкая себестоимость его изготовления, обусловленная использованием тонких пленок Pd в составе омического контакта к полупроводнику n-типа проводимости, а также тонких пленок Pt в составе омического контакта к полупроводнику р-типа, проводимости и в межэлементных соединениях, а также низкая термостабильность параметров транзистора.The disadvantage of this transistor is the insufficiently low cost of its manufacture, due to the use of thin Pd films as part of an ohmic contact to an n-type semiconductor, as well as thin Pt films as part of an ohmic contact to a p-type semiconductor, conductivity and in interconnects, as well as low thermostability of the parameters of the transistor.

Известен транзистор на основе полупроводникового соединения (Патент US 7368822, МПК H01L 23/48, опубл. 06.05.2008 г.). Устройство представляет собой полевой транзистор с барьером Шоттки, либо гетероструктурный полевой транзистор с высокой подвижностью электронов, либо гетеробиполярный транзистор, состоящий из омических контактов и воздушных мостов, в которых омические контакты выполнены на основе тонких пленок Pd/Ge/Cu, где тонкая пленка Pd расположена на поверхности полупроводниковой пластины и имеет толщину 5-100 нм, тонкая пленка Ge расположена на поверхности тонкой пленки Pd и имеет толщину 50-1000 нм, а тонкая пленка Сu расположена на поверхности тонкой пленки Ge и имеет толщину 50-1000 нм.Known transistor based on a semiconductor connection (Patent US 7368822, IPC H01L 23/48, publ. 06.05.2008). The device is a Schottky field-effect transistor, or a heterostructured field-effect transistor with high electron mobility, or a heterobipolar transistor consisting of ohmic contacts and air bridges in which the ohmic contacts are based on thin Pd / Ge / Cu films, where a thin Pd film is located on the surface of a semiconductor wafer and has a thickness of 5-100 nm, a thin Ge film is located on the surface of a thin Pd film and has a thickness of 50-1000 nm, and a thin Cu film is located on the surface of a thin film and Ge and has a thickness of 50-1000 nm.

Недостатком известных транзисторов является недостаточно низкая себестоимость изготовления, обусловленная использованием тонких пленок Pd в составе омического контакта, а также низкая термостабильность параметров приборов.A disadvantage of the known transistors is the insufficiently low cost of manufacture due to the use of thin Pd films as part of the ohmic contact, as well as the low thermal stability of the parameters of the devices.

Наиболее близким к заявляемым устройству и способу его изготовления по наибольшему числу существенных признаков являются транзистор на основе полупроводникового соединения и способ его изготовления, выбранные нами за прототип (Е.В.Ерофеев, В.А.Кагадей, С.В.Ишуткин, К.С.Носаева, Е.В.Анищенко, B.C.Арыков/ Разработка бездрагметального GaAs pHEMT транзистора с субмикронным Т-образным затвором // Доклады ТУСУРа, №2 (22), часть 1, с.183-186, декабрь 2010). Устройство представляет собой гетероструктурный полевой транзистор с высокой подвижностью электронов, состоящий из омических контактов истока и стока, а также затвора, в котором омические контакты истока и стока выполнены на основе тонкопленочного соединения Ge и Cu, где тонкая пленка Ge расположена на поверхности полупроводниковой пластины и имеет толщину 78 нм, а тонкая пленка Cu расположена на поверхности пленки Ge и имеет толщину 122 нм, а затвор выполнен на основе тонких пленок Ti/Mo/Cu (20 нм/20 нм/400 нм). В способе изготовления транзистора на поверхности полупроводниковой пластины последовательно формируют двухслойную резистивную маску, затем осаждают тонкие пленки Ge и Cu, удаляют двухслойную резистивную маску и производят вакуумную термообработку при температуре Т=400°С с целью формирования омических контактов истока и стока. После чего на поверхности полупроводниковой пластины последовательно формируют трехслойную резистивную маску и производят осаждение тонких пленок Ti/Mo/Cu (20 нм/20 нм/400 нм), после чего трехслойную резистивную маску удаляют с целью формирования затвора.Closest to the claimed device and method of its manufacture for the largest number of essential features are a transistor based on a semiconductor compound and the method of its manufacture, we have chosen for the prototype (E.V. Erofeev, V.A. Kagadey, S.V. Ishutkin, K. S. Nosaeva, E.V. Anishchenko, BC Arykov / Development of a non-crystalline GaAs pHEMT transistor with a submicron T-shaped gate // Doklady TUSURa, No. 2 (22), part 1, p.183-186, December 2010). The device is a heterostructured field effect transistor with high electron mobility, consisting of ohmic source and drain contacts, as well as a gate, in which the ohmic source and drain contacts are based on a thin-film Ge and Cu compound, where a thin Ge film is located on the surface of the semiconductor wafer and has 78 nm thick, and a thin Cu film is located on the surface of a Ge film and has a thickness of 122 nm, and the shutter is made on the basis of thin films Ti / Mo / Cu (20 nm / 20 nm / 400 nm). In the method of manufacturing a transistor, a two-layer resistive mask is sequentially formed on the surface of the semiconductor wafer, then thin films of Ge and Cu are deposited, a two-layer resistive mask is removed, and vacuum heat treatment is performed at a temperature of T = 400 ° C to form ohmic source and drain contacts. After that, a three-layer resistive mask is sequentially formed on the surface of the semiconductor wafer and thin films of Ti / Mo / Cu (20 nm / 20 nm / 400 nm) are deposited, after which the three-layer resistive mask is removed to form a shutter.

Основным недостатком известной группы технических решений является низкая термостабильность параметров затвора транзистора, обусловленная высокой диффузионной способностью меди, которая, выступая в роли акцепторной примеси, приводит к компенсации проводимости в материале, а также высокое значение приведенного контактного сопротивления омических контактов истока и стока. Кроме того, медь легко окисляется на воздухе, что в итоге усложняет технологию производства МИС и предъявляет особые требования к разработке диффузионных барьеров и пассивирующих покрытий для меди.The main disadvantage of the known group of technical solutions is the low thermal stability of the gate parameters of the transistor, due to the high diffusion ability of copper, which, acting as an acceptor impurity, leads to compensation of conductivity in the material, as well as the high value of the reduced contact resistance of the ohmic contacts of the source and drain. In addition, copper is easily oxidized in air, which ultimately complicates the production technology of MIS and makes special demands on the development of diffusion barriers and passivating coatings for copper.

Основная задача, решаемая группой изобретений, состоит в создании транзистора на основе полупроводникового соединения и способа его изготовления, позволяющих повысить термостабильность параметров затвора транзистора и снизить значения приведенного контактного сопротивления омических контактов истока и стока.The main task solved by the group of inventions is to create a transistor based on a semiconductor compound and a method for its manufacture, which can increase the thermal stability of the gate parameters of the transistor and reduce the reduced contact resistance of the ohmic contacts of the source and drain.

Поставленная задача решается тем, что в транзисторе на основе полупроводникового соединения, содержащем полупроводниковую пластину, канальный и контактный слои, омические контакты истока и стока, выполненные на основе тонкопленочного соединения Ge и Cu, и затвор, включающий послойно расположенные на полупроводниковой пластине тонкие пленки барьерообразующего металла, диффузионного барьера и проводника, согласно предложенному решению, в качестве материала проводника затвора используют тонкопленочное соединение Ge и Cu толщиной 10-1000 нм, с массовым содержанием Ge в диапазоне 20-45%.The problem is solved in that in a transistor based on a semiconductor compound containing a semiconductor wafer, channel and contact layers, ohmic source and drain contacts made on the basis of a thin film connection of Ge and Cu, and a gate including thin films of a barrier-forming metal layered on a semiconductor wafer , diffusion barrier and conductor, according to the proposed solution, a thin-film compound of Ge and Cu with a thickness of 10-1000 nm, s mass content of Ge in the range of 20-45%.

В частном случае, на поверхности полупроводниковой пластины расположен буферный слой, а на поверхности канального слоя - донорный и барьерный слои, причем буферный, канальный, донорный, барьерный и контактный слои представляют собой эпитаксиальную гетероструктуру.In a particular case, the buffer layer is located on the surface of the semiconductor wafer, and the donor and barrier layers are located on the surface of the channel layer, the buffer, channel, donor, barrier, and contact layers being an epitaxial heterostructure.

В частном случае, в тонкопленочном соединении количество чередующихся тонких пленок Ge и Cu не менее двух и кратно двум.In the particular case, in a thin-film compound, the number of alternating thin Ge and Cu films is at least two and a multiple of two.

В частном случае, в состав тонкопленочного соединения Ge и Cu дополнительно введены Au и/или Ga с массовым содержанием в диапазоне 1-15%.In a particular case, Au and / or Ga with a mass content in the range of 1-15% are additionally introduced into the composition of the thin-film Ge and Cu compounds.

Поставленная задача решается также тем, что в способе изготовления транзистора, включающем последовательное формирование двухслойной резистивной маски на поверхности полупроводниковой пластины, осаждение тонких пленок Ge и Cu, удаление двухслойной резистивной маски, термообработку, формирование многослойной резистивной маски на поверхности полупроводниковой пластины, осаждение тонких пленок барьерообразующего металла, диффузионного барьера и проводника на поверхность полупроводниковой пластины и удаление многослойной резистивной маски, согласно предложенному решению, после осаждения тонких пленок Ge и Cu производят обработку полупроводниковой пластины в атмосфере атомарного водорода в течение времени t≥1 мин, при температуре Т=20-120°С и плотности потока атомов водорода на поверхность полупроводниковой пластины, равной 10¹³-10¹⁶ ат. см^-2 с^-1.The problem is also solved by the fact that in the method of manufacturing a transistor, which includes the sequential formation of a two-layer resistive mask on the surface of a semiconductor wafer, the deposition of thin films of Ge and Cu, the removal of a two-layer resistive mask, heat treatment, the formation of a multilayer resistive mask on the surface of a semiconductor wafer, the deposition of thin films of barrier-forming metal, diffusion barrier and conductor to the surface of the semiconductor wafer and the removal of multilayer resistive mask, according to the proposed solution, after deposition of thin films of Cu and Ge produce processed wafer into atomic hydrogen atmosphere for a period t≥1 minutes at a temperature of T = 20-120 ° C, and the flux density of the hydrogen atoms on the wafer surface of 10 ¹³ -10 ¹⁶ atm. cm ^-2 s ^-1 .

В частном случае, обработку в атмосфере атомарного водорода производят в едином вакуумном цикле с процессом последовательного осаждения тонких пленок Ge и Cu.In the particular case, the treatment in the atmosphere of atomic hydrogen is carried out in a single vacuum cycle with the process of sequential deposition of thin films of Ge and Cu.

Тонкопленочные соединения, выполненные по пунктам формулы изобретения, обеспечивают хорошую межслоевую адгезию, минимизацию диффузионного проникновения материалов тонких пленок в полупроводниковую пластину, минимизацию приведенного контактного сопротивления омических контактов истока и стока и слоевого сопротивления проводника затвора.Thin-film compounds made according to the claims provide good interlayer adhesion, minimizing the diffusion penetration of thin film materials into the semiconductor wafer, minimizing the reduced contact resistance of the ohmic contacts of the source and drain, and the layer resistance of the gate conductor.

Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявляемых устройства и способа, отсутствуют.The analysis of the prior art by the applicant made it possible to establish that there are no analogs characterized by sets of features identical to all the features of the claimed device and method.

Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипов заявляемых изобретений, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники.The search results for known solutions in this and related fields of technology in order to identify features that match the distinctive features of the prototypes of the claimed inventions have shown that they do not follow explicitly from the prior art.

Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками изобретений преобразований на достижение указанного технического результата.From the prior art determined by the applicant, the influence of the transformations provided for by the essential features of the inventions on the achievement of the indicated technical result is not known.

Следовательно, изобретения соответствуют условию патентоспособности «изобретательский уровень».Therefore, inventions comply with the patentability condition “inventive step”.

Заявленные изобретения взаимосвязаны настолько, что образуют единый изобретательский замысел, следовательно, данная группа изобретений удовлетворяет требованию единства изобретения.The claimed inventions are so interconnected that they form a single inventive concept, therefore, this group of inventions satisfies the requirement of unity of invention.

Изобретения поясняются рисунками, где на фиг.1 представлен общий вид заявляемого устройства, на фиг.2 - общий вид гетероструктурного полевого транзистора на основе полупроводникового соединения с высокой подвижностью электронов. На фиг.3 и 4 представлены графики зависимостей электрических параметров гетероструктурных полевых транзисторов на основе полупроводникового соединения с высокой подвижностью электронов, выполненных согласно способу-прототипу (кривая 1) и предлагаемому способу (кривая 2), на постоянном токе и на СВЧ сигнале, соответственно, на фиг.5 и 6 - результаты исследований термостабильности параметров гетероструктурных полевых транзисторов на основе полупроводникового соединения, полученных по предлагаемому способу (кривые 1 и 3) и по способу-прототипу (кривые 2 и 4).The invention is illustrated by drawings, in which Fig. 1 is a general view of the inventive device, and Fig. 2 is a general view of a heterostructured field effect transistor based on a semiconductor compound with high electron mobility. Figure 3 and 4 are graphs of the dependences of the electrical parameters of heterostructured field-effect transistors based on a semiconductor compound with high electron mobility, made according to the prototype method (curve 1) and the proposed method (curve 2), direct current and microwave signal, respectively, figure 5 and 6 are the results of studies of the thermal stability of the parameters of heterostructured field effect transistors based on a semiconductor compound obtained by the proposed method (curves 1 and 3) and by the prototype method pu (curves 2 and 4).

Устройство (фиг.1) содержит полупроводниковую пластину 1, канальные 2 и контактные 3 слои, омические контакты истока 4 и стока 5, и затвор 6, который выполнен на основе послойно расположенных на полупроводниковой пластине 1 тонких пленок барьерообразующего металла 7, диффузионного барьера 8 и проводника 9. В гетероструктурном полевом транзисторе на основе полупроводникового соединения (фиг.2) с высокой подвижностью электронов на поверхности полупроводниковой пластины 1 расположен буферный слой 10, а на поверхности канального слоя 2 расположен донорный 11 и барьерный 12 слои.The device (Fig. 1) contains a semiconductor wafer 1, channel 2 and contact 3 layers, ohmic contacts of the source 4 and drain 5, and a shutter 6, which is made on the basis of thin films of a barrier-forming metal 7, a diffusion barrier 8 and layered on a semiconductor wafer 1 and conductor 9. In a heterostructured field-effect transistor based on a semiconductor compound (Fig. 2) with high electron mobility, a buffer layer 10 is located on the surface of the semiconductor wafer 1, and d is located on the surface of the channel layer 2 burrowing 11 and barrier layers 12.

Устройство (фиг.1) работает следующим образом. При подаче напряжения на омические контакты истока 4 и стока 5, через омический контакт истока 4, контактный слой 3, канальный слой 2 и омический контакт стока 5 начинает протекать ток, величина которого увеличивается по мере увеличения разности потенциалов на омических контактах истока 4 и стока 5, вплоть до того момента, когда дрейфовая скорость электронов в электрическом поле достигнет своего максимального значения. Дальнейший рост напряжения на омических контактах истока 4 и стока 5 практически не приводит к росту тока и его величина достигает насыщения. Одновременно с подачей напряжения на омические контакты истока 4 и стока 5, к затвору 6 прикладывается переменное отрицательное напряжение, которое по мере своего роста увеличивает сечение области обеднения под затвором 6 и тем самым уменьшает ток между омическими контактами истока 4 и стока 5, осуществляя модуляцию тока потенциалом, приложенным к затвору 6.The device (figure 1) works as follows. When voltage is applied to the ohmic contacts of the source 4 and drain 5, through the ohmic contact of the source 4, the contact layer 3, the channel layer 2 and the ohmic contact of the drain 5, a current flows, the value of which increases as the potential difference increases at the ohmic contacts of the source 4 and drain 5 , up to the moment when the drift velocity of electrons in an electric field reaches its maximum value. A further increase in voltage at the ohmic contacts of source 4 and drain 5 practically does not lead to an increase in current and its value reaches saturation. Simultaneously with applying voltage to the ohmic contacts of the source 4 and drain 5, an alternating negative voltage is applied to the gate 6, which, as it grows, increases the cross section of the depletion region under the gate 6 and thereby reduces the current between the ohmic contacts of the source 4 and drain 5, modulating the current potential applied to the shutter 6.

Высокую термостабильность параметров затвора 6 предлагаемого устройства обеспечивают за счет того, что тонкопленочное соединение Ge и Cu проводника 9, по сравнению с тонкой пленкой чистой меди, использованной в прототипе, имеет пониженные диффузионную способность и химическую активность, а также высокую стойкость к электромиграции и удельное сопротивление, сравнимое с сопротивлением тонкой пленки меди.High thermal stability of the parameters of the shutter 6 of the proposed device is ensured by the fact that the thin-film connection of Ge and Cu of the conductor 9, in comparison with the thin film of pure copper used in the prototype, has reduced diffusion ability and chemical activity, as well as high resistance to electromigration and resistivity comparable to the resistance of a thin film of copper.

Снижение значения приведенного контактного сопротивления омических контактов истока 4 и стока 5 заявляемого устройства обеспечивают за счет того, что тонкопленочное соединение Ge и Cu, сформированное во время обработки полупроводниковой пластины 1 в атмосфере атомарного водорода, подвергают термообработке.The reduced contact resistance of the ohmic contacts of the source 4 and drain 5 of the claimed device is ensured by the fact that the thin-film Ge and Cu compound formed during the processing of the semiconductor wafer 1 in an atmosphere of atomic hydrogen is subjected to heat treatment.

ПримерExample

Пример демонстрирует технический результат, достигаемый при создании предлагаемого устройства относительно устройства, выбранного за прототип.An example demonstrates the technical result achieved when creating the proposed device relative to the device selected for the prototype.

Гетероструктурный полевой транзистор на основе полупроводникового соединения с высокой подвижностью электронов был сформирован на псевдоморфных структурах GaAs/AlGaAs/InGaAs, полученных с помощью молекулярно-лучевой эпитаксии. После формирования изоляции устройства с помощью травления меза-структур, на поверхности полупроводниковой пластины 1 формировали двухслойную резистивную маску, в которой вскрывали окна с отрицательным углом наклона стенок. Перед осаждением тонких пленок с целью очистки поверхности полупроводниковой пластины 1 и удаления собственных оксидов мышьяка и галлия полупроводниковую пластину n-GaAs 1 обрабатывали в водном растворе H₂SO₄ (1:10) в течение 3 минут, а затем промывали в деионизованной воде и сушили в потоке азота. Далее полупроводниковую пластину 1 загружали в вакуумную камеру установки электронно-лучевого испарения металлов и производили осаждение тонких пленок Ge и Cu с толщинами 78 и 122 нм, соответственно. Затем полупроводниковую пластину 1 извлекали из вакуумной камеры и делили на две части (образец №1 и образец №2), вторую часть которой (далее - образец №2) в соответствии с предлагаемым способом подвергали обработке в атмосфере атомарного водорода при давлении молекулярного водорода р=10^-4 торр и плотности потока атомов водорода 10¹⁵ ат. см^-2 с^-1 в течение t=5 мин, при температуре Т=22°С. Затем с обоих образцов удаляли резистивную маску, что приводило к формированию топологии омических контактов истока 4 и стока 5. Далее образцы для формирования омических контактов истока 4 и стока 5 подвергали вакуумной термообработке при температуре T=400°С, в течение t=30 минут. После чего на полупроводниковых пластинах 1 образцов №1 и №2 методом центрифугирования формировали трехслойную резистивную маску на основе резистов 950 PMMA/LOR 5B/495 PMMA. Каждый слой резиста наносили методом центрифугирования, с последующей сушкой при температуре Т=180°С в течение t=5 минут. Экспонирование производили с помощью системы электронно-лучевой литографии Raith-150^TWO с энергией электронов 30 кэВ. Для травления подзатворной области использовали химический раствор на основе лимонной кислоты. Затем методом электронно-лучевого испарения в вакууме при остаточном давлении атмосферы 5×10^-7 торр производили осаждение тонких пленок для формирования затвора 6 для образца №1 на основе Ti/Mo/Cu (20 нм/20 нм/200 нм), а для образца №2 на основе Ti/Mo/Ge/Cu (20 нм/20 нм/78 нм/122 нм). После чего образец №2 дополнительно подвергали обработке в атмосфере атомарного водорода при давлении молекулярного водорода p=10^-4 торр и плотности потока атомов водорода 10¹⁵ ат. см^-2 с^-1, в течение t=5 мин, при температуре T=22°С. Затем с образцов №1 и №2 удаляли резистивную маску, что приводило к формированию Т-образного затвора 6.A heterostructured field-effect transistor based on a semiconductor compound with high electron mobility was formed on GaAs / AlGaAs / InGaAs pseudomorphic structures obtained by molecular beam epitaxy. After the insulation of the device was formed by etching the mesa structures, a two-layer resistive mask was formed on the surface of the semiconductor wafer 1, in which windows with a negative angle of inclination of the walls were opened. Before thin films were deposited in order to clean the surface of the semiconductor wafer 1 and remove native arsenic and gallium oxides, the n-GaAs 1 semiconductor wafer was treated in an aqueous solution of H ₂ SO ₄ (1:10) for 3 minutes, and then washed in deionized water and dried in a stream of nitrogen. Next, the semiconductor wafer 1 was loaded into the vacuum chamber of an electron beam evaporation of metals and thin films of Ge and Cu were deposited with thicknesses of 78 and 122 nm, respectively. Then, the semiconductor wafer 1 was removed from the vacuum chamber and divided into two parts (sample No. 1 and sample No. 2), the second part of which (hereinafter referred to as sample No. 2) was processed in accordance with the proposed method in an atmosphere of atomic hydrogen at a molecular hydrogen pressure p = 10 ^-4 torr and a flux of hydrogen atoms 10 ¹⁵ at. cm ^-2 s ^-1 for t = 5 min, at a temperature of T = 22 ° C. Then, a resistive mask was removed from both samples, which led to the formation of the ohmic contact topology of source 4 and drain 5. The samples were then subjected to vacuum heat treatment at a temperature of T = 400 ° С for t = 30 minutes to form ohmic contacts of source 4 and drain 5. Then, on a semiconductor wafer 1 of samples No. 1 and No. 2, a three-layer resistive mask based on 950 PMMA / LOR 5B / 495 PMMA resistors was formed by centrifugation. Each resist layer was applied by centrifugation, followed by drying at a temperature of T = 180 ° C for t = 5 minutes. Exposure was performed using a Raith-150 ^TWO electron beam lithography system with an electron energy of 30 keV. A chemical solution based on citric acid was used to etch the gate region. Then, by electron beam evaporation in vacuum at a residual atmospheric pressure of 5 × 10 ^-7 Torr, thin films were deposited to form shutter 6 for sample No. 1 based on Ti / Mo / Cu (20 nm / 20 nm / 200 nm), and for sample No. 2 based on Ti / Mo / Ge / Cu (20 nm / 20 nm / 78 nm / 122 nm). After that, sample No. 2 was additionally subjected to treatment in an atmosphere of atomic hydrogen at a molecular hydrogen pressure p = 10 ^-4 torr and a flux density of hydrogen atoms of 10 ¹⁵ at. cm ^-2 s ^-1 , for t = 5 min, at a temperature T = 22 ° C. Then, resistive mask was removed from samples No. 1 and No. 2, which led to the formation of a T-shaped shutter 6.

Значения приведенного контактного сопротивления омических контактов истока 4 и стока 5 устройств, полученных по способу-прототипу и предлагаемому способу, измеряли методом линий передач.The values of the contact resistance of the ohmic contacts of the source 4 and drain 5 of the devices obtained by the prototype method and the proposed method were measured by the transmission line method.

Параметры полученных устройств по постоянному току измеряли с помощью прибора Hewlett Packard 4256A, а исследование 8-параметров производили на приборе Rohde & Shwartz ZVA-40.The parameters of the obtained DC devices were measured using a Hewlett Packard 4256A instrument, and the 8-parameter study was performed on a Rohde & Shwartz ZVA-40 instrument.

Омические контакты истока 4 и стока 5 устройства, полученного по способу-прототипу, обладали величиной приведенного контактного сопротивления 2×10^-5 Ом·см², в то время как омические контакты истока и стока устройства, полученного заявляемым способом, имели значение контактного сопротивления 7×10^-6 Ом·см².The ohmic contacts of the source 4 and drain 5 of the device obtained by the prototype method had a reduced contact resistance of 2 × 10 ^-5 Ohm · cm ² , while the ohmic contacts of the source and drain of the device obtained by the claimed method had a contact resistance value of 7 × 10 ^-6 Ohm · cm ² .

В таблице приведены измеренные электрические параметры заявляемого устройства и прототипа.The table shows the measured electrical parameters of the claimed device and prototype.

Максимальный ток стокаMaximum drain current Напряжение пробоя затвор-стокGate-drain breakdown voltage Максимальная крутизна при напряжении исток-сток V_си=3 BMaximum slope at source-drain voltage V _si = 3 V Коэффициент усиления по току на частоте 10 ГГцCurrent Gain at 10 GHz Максимальная частота усиления по току при напряжении исток-сток V_си=3 ВMaximum current amplification frequency at source-drain voltage V _si = 3 V   мА/ммmA / mm ВAT мСм/ммmS / mm дБdb ГГцGHz   660,0660.0 7,07.0 380,0380.0 16,816.8 80,080.0 Заявляемое устройствоThe inventive device 620,0620.0 7,07.0 320,0320,0 14,214.2 60,060.0 ПрототипPrototype

Из данных таблицы видно, что измеренные электрические параметры гетероструктурного полевого транзистора на основе GaAs, полученного предлагаемым способом, выше параметров аналогичного устройства, полученного согласно способу-прототипу. Проведенные исследования термостабильности параметров устройств по постоянному току (фиг.5, 6) показали, что у транзистора, полученного по способу-прототипу, наблюдается деградация барьерных характеристик затвора 6 в процессе проведения термоиспытаний, что обусловлено активной диффузией меди из затвора на основе Ti/Mo/Cu к поверхности полупроводниковой пластины 1 под воздействием термической латеральной диффузии. В предложенном решении - более высокие значения термостабильности параметров устройства, которые практически не деградировали после проведения термоиспытаний.From the table it is seen that the measured electrical parameters of the heterostructured field-effect transistor based on GaAs, obtained by the proposed method, is higher than the parameters of a similar device obtained according to the prototype method. Studies of the thermal stability of the parameters of DC devices (Figs. 5, 6) showed that the transistor obtained by the prototype method exhibits degradation of the barrier characteristics of the gate 6 during thermal tests, which is due to the active diffusion of copper from the gate based on Ti / Mo / Cu to the surface of the semiconductor wafer 1 under the influence of thermal lateral diffusion. In the proposed solution, higher values of thermostability of the device parameters, which practically did not degrade after thermal tests.

Кроме того, тонкопленочные соединения омических контактов истока 4 и стока 5 и затвора 6 заявляемого устройства не содержат драгоценных металлов, в результате чего снижается себестоимость изготовления заявляемого устройства.In addition, thin-film compounds of the ohmic contacts of the source 4 and drain 5 and the shutter 6 of the inventive device do not contain precious metals, resulting in reduced manufacturing costs of the inventive device.

Claims (6)

1. Транзистор на основе полупроводникового соединения, содержащий полупроводниковую пластину, канальный и контактный слои, омические контакты истока и стока, выполненные на основе тонкопленочного соединения Ge и Cu, и затвор, включающий послойно расположенные на полупроводниковой пластине тонкие пленки барьерообразующего металла, диффузионного барьера и проводника, отличающийся тем, что в качестве материала проводника затвора используют тонкопленочное соединение Ge и Cu толщиной 10-1000 нм, с массовым содержанием Ge в диапазоне 20-45%.1. A transistor based on a semiconductor compound containing a semiconductor wafer, channel and contact layers, ohmic source and drain contacts made on the basis of a thin-film Ge and Cu compound, and a gate comprising thin films of a barrier-forming metal, diffusion barrier, and conductor layered on a semiconductor wafer , characterized in that as the material of the gate conductor using a thin-film compound of Ge and Cu with a thickness of 10-1000 nm, with a mass content of Ge in the range of 20-45%. 2. Транзистор на основе полупроводникового соединения по п.1, отличающийся тем, что на поверхности полупроводниковой пластины расположен буферный слой, а на поверхности канального слоя - донорный и барьерный слои, причем буферный, канальный, донорный, барьерный и контактный слои представляют собой эпитаксиальную гетероструктуру.2. The transistor based on the semiconductor compound according to claim 1, characterized in that the buffer layer is located on the surface of the semiconductor wafer and the donor and barrier layers are on the surface of the channel layer, the buffer, channel, donor, barrier and contact layers being an epitaxial heterostructure . 3. Транзистор по п.1, отличающийся тем, что в тонкопленочном соединении количество чередующихся тонких пленок Ge и Cu не менее двух и кратно двум.3. The transistor according to claim 1, characterized in that in the thin-film compound the number of alternating thin Ge and Cu films is at least two and a multiple of two. 4. Транзистор по п.1, отличающийся тем, что в состав тонкопленочного соединения Ge и Сu дополнительно введены Au и/или Ga с массовым содержанием в диапазоне 1-15%.4. The transistor according to claim 1, characterized in that Au and / or Ga with a mass content in the range of 1-15% are additionally introduced into the composition of the thin-film Ge and Cu compounds. 5. Способ изготовления транзистора, включающий последовательное формирование двухслойной резистивной маски на поверхности полупроводниковой пластины, осаждение тонких пленок Ge и Cu, удаление двухслойной резистивной маски, термообработку, формирование многослойной резистивной маски на поверхности полупроводниковой пластины, осаждение тонких пленок барьерообразующего металла, диффузионного барьера и проводника на поверхность полупроводниковой пластины и удаление многослойной резистивной маски, отличающийся тем, что после осаждения тонких пленок Ge и Cu производят обработку полупроводниковой пластины в атмосфере атомарного водорода в течение времени t≥1 мин, при температуре Т=20-120°С и плотности потока атомов водорода на поверхность полупроводниковой пластины, равной 10¹³-10¹⁶ ат. см^-2 с^-1.5. A method of manufacturing a transistor, including the sequential formation of a two-layer resistive mask on the surface of a semiconductor wafer, the deposition of thin films of Ge and Cu, the removal of a two-layer resistive mask, heat treatment, the formation of a multilayer resistive mask on the surface of a semiconductor wafer, the deposition of thin films of a barrier-forming metal, a diffusion barrier and a conductor on the surface of the semiconductor wafer and the removal of the multilayer resistive mask, characterized in that after deposition Thin films of Ge and Cu process a semiconductor wafer in an atmosphere of atomic hydrogen for a time t≥1 min, at a temperature T = 20-120 ° C and a flux of hydrogen atoms on the surface of the semiconductor wafer, equal to 10 ¹³ -10 ¹⁶ at. cm ^-2 s ^-1 . 6. Способ изготовления транзистора по п.5, отличающийся тем, что обработку в атмосфере атомарного водорода производят в едином вакуумном цикле с процессом последовательного осаждения тонких пленок Ge и Cu. 6. A method of manufacturing a transistor according to claim 5, characterized in that the treatment in the atmosphere of atomic hydrogen is carried out in a single vacuum cycle with the process of sequential deposition of thin films of Ge and Cu.

Images