RU2787550C1 - Method for manufacturing a high-power microwave field-effect transistor based on a semiconductor heterostructure based on gallium nitride - Google Patents
Method for manufacturing a high-power microwave field-effect transistor based on a semiconductor heterostructure based on gallium nitride Download PDFInfo
- Publication number
- RU2787550C1 RU2787550C1 RU2022110907A RU2022110907A RU2787550C1 RU 2787550 C1 RU2787550 C1 RU 2787550C1 RU 2022110907 A RU2022110907 A RU 2022110907A RU 2022110907 A RU2022110907 A RU 2022110907A RU 2787550 C1 RU2787550 C1 RU 2787550C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- semiconductor heterostructure
- effect transistor
- gallium nitride
- formation
- layers
- Prior art date
Links
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 119
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 70
- 230000005669 field effect Effects 0.000 title claims abstract description 58
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 58
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 57
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 49
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 23
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 23
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 15
- FAQYAMRNWDIXMY-UHFFFAOYSA-N trichloroborane Chemical compound ClB(Cl)Cl FAQYAMRNWDIXMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 claims abstract description 12
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 claims abstract description 11
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 8
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 7
- 230000005533 two-dimensional electron gas Effects 0.000 claims abstract description 6
- 229910015844 BCl3 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 claims description 17
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 16
- 238000001459 lithography Methods 0.000 claims description 11
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 11
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N aluminum gallium Chemical compound [Al].[Ga] RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 10
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 8
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 7
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 7
- 238000004347 surface barrier Methods 0.000 claims description 7
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 5
- 239000007792 gaseous phase Substances 0.000 claims description 4
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 4
- 150000002902 organometallic compounds Chemical group 0.000 claims description 4
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 claims description 4
- KZBUYRJDOAKODT-UHFFFAOYSA-N Chlorine Chemical compound ClCl KZBUYRJDOAKODT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Substances [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000000313 electron-beam-induced deposition Methods 0.000 claims description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 abstract description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 6
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 5
- 230000009643 growth defect Effects 0.000 description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 3
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 2
- YZCKVEUIGOORGS-UHFFFAOYSA-N Hydrogen atom Chemical compound [H] YZCKVEUIGOORGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 1
- 230000008676 import Effects 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 239000002052 molecular layer Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 1
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N trimethylaluminium Chemical compound C[Al](C)C JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к электронной технике СВЧ, а именно способу изготовления мощных полевых транзисторов на полупроводниковой гетероструктуре на основе нитрида галлия и предназначено для разработки усилительных и управляющих монолитных интегральных схем СВЧ на их основе и соответственно широкого класса устройств электронной и радиоэлектронной техники СВЧ, в том числе радиолокационных устройств.The invention relates to microwave electronics, namely, a method for manufacturing high-power field-effect transistors based on a semiconductor heterostructure based on gallium nitride and is intended for the development of amplifying and control monolithic integrated circuits of microwaves based on them and, accordingly, a wide class of devices for microwave electronics and electronics, including radar devices.
Мощные электронные приборы и прежде всего мощные полевые транзисторы СВЧ (далее полевой транзистор) и соответственно усилительные и управляющие монолитные интегральные схемы СВЧ на их основе, при этом выполненные на полупроводниковой гетероструктуре на основе нитрида галлия GaN (далее полупроводниковая гетероструктура) отличаются более:Powerful electronic devices and, above all, powerful microwave field effect transistors (hereinafter referred to as a field effect transistor) and, accordingly, amplifying and controlling monolithic microwave integrated circuits based on them, while made on a semiconductor heterostructure based on gallium nitride GaN (hereinafter referred to as a semiconductor heterostructure) differ more:
- широким диапазоном рабочих частот, при этом с продвижением в область более высоких значений, - a wide range of operating frequencies, while advancing to higher values,
- высокими значениями выходной мощности, - high output power,
-низкими значениями коэффициента шума,-low noise figure,
- высокими значениями рабочих температур и так далее. - high operating temperatures and so on.
Однако в силу того, что данный полупроводниковый материал относится к широкозонным полупроводниковым материалам, это обуславливает определенные как конструкционные, так и технологические трудности при формировании - изготовлении как самой полупроводниковой гетероструктуры, так и мощного полевого транзистора СВЧ в целом. However, due to the fact that this semiconductor material belongs to wide-gap semiconductor materials, this causes certain both structural and technological difficulties in the formation and manufacture of both the semiconductor heterostructure itself and the high-power microwave field effect transistor as a whole.
Известен способ изготовления мощного полевого транзистора СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре на основе нитрида галлия GaN, включающий создание на поверхности кремниевой пластины с эпитаксиальной гетероструктурой типа p-GaN/AlGaN/GaN подзатворной р-GaN меза-области, межприборной меза-изоляции, формирование омических контактов к областям электродов стока и истока полевого транзистора, формирование двухслойной резистной маски методами литографии, очистку поверхности эпитаксиальной гетероструктурой, формирование электрода затвора методом вакуумного напыления тонких пленок затворной металлизации, удаление резистной маски.A known method of manufacturing a high-power microwave field effect transistor based on a semiconductor heterostructure based on gallium nitride GaN, including the creation on the surface of a silicon wafer with an epitaxial heterostructure of the p-GaN/AlGaN/GaN type of a gate p-GaN mesa region, inter-device mesa insulation, the formation of ohmic contacts to to the areas of the drain and source electrodes of the field-effect transistor, the formation of a two-layer resistive mask by lithography methods, surface cleaning with an epitaxial heterostructure, the formation of a gate electrode by vacuum deposition of thin films of gate metallization, the removal of the resist mask.
В котором, с целью увеличения порогового напряжения отпирания, перед напылением тонких пленок затворной металлизации эпитаксиальная гетероструктура (пластина) подвергается обработке в атмосфере атомарного водорода в течение 10-60 с, при температуре 20-150°С и плотности потока атомов водорода на упомянутой поверхность 1013-1016 ат. см-2·с-1. [Патент № 2642495 RU. Способ увеличения порогового напряжения отпирания GaN транзистора / Ерофеев Е.В.//Бюл. - 2018 г. - № 3/].In which, in order to increase the threshold voltage of unlocking, before deposition of thin films of gate metallization, the epitaxial heterostructure ( plate) is subjected to treatment in an atmosphere of atomic hydrogen for 10-60 s, at a temperature of 20-150 ° C and a flux density of hydrogen atoms on the mentioned surface 10 13 -10 16 at. cm -2 s -1 . [Patent No. 2642495 RU. The method of increasing the threshold voltage for unlocking a GaN transistor / Erofeev E.V.//Bul. - 2018 - No. 3/].
Известен способ изготовления мощного полевого транзистора СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре на основе нитрида галлия GaN, включающий очистку поверхности кремниевой пластины с эпитаксиальной гетероструктурой типа p-GaN/AlGaN/GaN, осаждение методом электронно-лучевого испарения в вакууме тонких пленок затворной металлизации, формирование методами плазмохимического травления подзатворной p-GaN меза-области и межприборной меза-изоляции, формирование омических контактов к областям электродов стока и истока, пассивацию активных областей полевого транзистора.A known method of manufacturing a high-power microwave field effect transistor based on a semiconductor heterostructure based on gallium nitride GaN, including cleaning the surface of a silicon wafer with an epitaxial heterostructure of the p-GaN/AlGaN/GaN type, deposition by electron beam evaporation in vacuum of thin films of gate metallization, formation by plasma-chemical etching methods gate p-GaN mesa region and device-to-device mesa isolation, formation of ohmic contacts to the areas of drain and source electrodes, passivation of the active regions of the field-effect transistor.
В котором с целью увеличения управляющего напряжения на электроде затвора GaN полевого транзистора, перед напылением тонких пленок затворной металлизации на поверхность активной области полевого транзистора плазмохимическими методами производится осаждение тонкой пленки диэлектрика на основе нитрида кремния толщиной от 1 до 50 нм. [Патент № 2669265 RU. Способ увеличения порогового напряжения отпирания GaN транзистора/ Ерофеев Е.В. //Бюл. - 2018 г. - № 28/].In which, in order to increase the control voltage at the gate electrode of the GaN field-effect transistor, before deposition of thin films of gate metallization on the surface of the active region of the field-effect transistor by plasma-chemical methods, a thin film of a dielectric based on silicon nitride with a thickness of 1 to 50 nm is deposited. [Patent No. 2669265 RU. A method for increasing the threshold voltage for opening a GaN transistor / Erofeev E.V. //Bul. - 2018 - No. 28/].
Технические решения первого и второго аналогов обеспечили повышение примерно - порогового напряжения на 17 процентов и управляющего напряжения до 6 В соответственно.The technical solutions of the first and second analogues provided an increase in approximately - the threshold voltage by 17 percent and the control voltage up to 6 V, respectively.
Однако, поскольку данные мощные полевые транзисторы СВЧ выполнены р-типа проводимости - это существенно ограничивает их применение.However, since these powerful microwave field effect transistors are made of p-type conductivity, this significantly limits their application.
Известен способ изготовления мощного нитрид-галлиевого полевого транзистора, включающий выделение активной области химическим травлением, проведение процессов литографии и формирование омических контактов электродов стока и истока на контактном слое активной области полупроводниковой структуры, формирование щели под электрод затвора или другого конструкционного элемента в диэлектрических, металлических или резистных масках первого уровня.A known method of manufacturing a high-power gallium nitride field-effect transistor, including the selection of the active region by chemical etching, carrying out lithography processes and the formation of ohmic contacts of the drain and source electrodes on the contact layer of the active region semiconductor structure, the formation of a gap under the gate electrode or another structural element in dielectric, metal or resistive masks of the first level.
В котором, с целью увеличения длины электрода затвора (порядка 150 нм), путем обеспечения ровного края резистных масок и чистой рабочей поверхности (свободной от резиста), на поверхность активной области полупроводниковой структуры с щелью под электрод затвора наносят тонкий слой металлического, полимерного или другого высокопроводящего покрытия или их комбинацию, после чего из электронных резистов формируют резистные маски второго уровня и методом электронной литографии формируют расширенные шляпки электродов затворов типа барьера Шоттки, затем удаляют проводящие покрытия в открытых окнах резистных масок второго уровня, напыляют барьерную металлизацию, проводят финишные обработки, методом взрывной литографии резистных масок электронных резистов второго уровня, формируют шляпки электродов затворов типа барьера Шоттки или других конструкционных элементов, удаляют проводящие покрытия с открытых участков поверхности, при необходимости формирования полостей под полями шляпок электродов затвора селективно удаляют маски первого уровня, проводят пассивацию поверхности канала между электродами стока и истока слоем диэлектрика таким образом, чтобы под полями шляпок электродов затвора типа барьера Шоттки формировались воздушные полости, затем вскрывают окна в диэлектрике над электродами стока и истока, проводят металлизацию следующих уровней, металлизацию подложки с обратной стороны и разделение подложки на кристаллы. [Патент № 2668635 RU. Способ изготовления мощного нитрид-галлиевого полевого транзистора /Торхов Н.А.//Бюл. - 2018 г.- № 28/] - прототип.In which, in order to increase the length of the gate electrode (about 150 nm), by providing a smooth edge of the resist masks and a clean working surface (free of resist), a thin layer of metal, polymer or other highly conductive coating or a combination of them, after which from electronic resists second-level resist masks are formed and expanded caps of Schottky-type gate electrodes are formed by the method of electron lithography, then conductive coatings are removed in the open windows of the second-level resist masks, barrier metallization is deposited, finishing treatments are carried out using the method of explosive lithography of resist masks of electronic resists of the second level, caps are formed gate electrodes such as a Schottky barrier or other structural elements, remove conductive coatings from open surface areas, if necessary, form cavities under the hat fieldsgate electrodes the masks of the first level are selectively removed, the channel surface between the drain and source electrodes is passivated with a dielectric layer in such a way that under the hat fieldsgate electrodes such as a Schottky barrier, air cavities are formed, then windows are opened in the dielectric above the drain and source electrodes, the next levels are metallized, the substrate is metallized from the reverse side, and the substrate is separated into crystals. [Patent No. 2668635 RU. A method of manufacturing a powerful gallium nitride field-effect transistor /Torkhov N.A.//Bul. - 2018 - No. 28/] - prototype.
Данный способ изготовления мощного полевого транзистора СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре на основе нитрида галлия отличается:The a method for manufacturing a high-power microwave field-effect transistor based on a semiconductor heterostructure based on gallium nitride is different:
- высокими значениями удельного сопротивления омических контактов электродов истока и стока и соответственно - high resistivity values of the ohmic contacts of the source and drain electrodes and, accordingly,
-- низкими значениями выходной мощности и коэффициента усиления;-- low output power and gain;
-- высокими значениями коэффициента шума.-- high noise figure values.
- достаточно сложным технологическим процессом изготовления, в том числе технологических операции формирования электрода затвора. - a rather complicated manufacturing process, including technological operations for the formation of the gate electrode.
Техническим результатом заявленного способа изготовления мощного полевого транзистора СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре на основе нитрида галлия является повышение выходной мощности и коэффициента усиления, снижение коэффициента шума, повышение качества и упрощение способа изготовления.The technical result of the claimed method of manufacturing a high-power microwave field effect transistor based on a semiconductor heterostructure based on gallium nitride is to increase the output power and gain, reduce the noise figure, improve the quality and simplify the manufacturing method.
Технический результат достигается заявленным способом изготовления мощного полевого транзистора СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре на основе нитрида галлия, включающимThe technical result is achieved by the claimed method of manufacturing a high-power microwave field effect transistor based on a semiconductor heterostructure based on gallium nitride, including
формирование на лицевой поверхности заданной подложки заданной полупроводниковой гетероструктуры на основе нитрида галлия в виде последовательности основных слоев и соответственно материала каждого из них, при этом, по меньшей мере, один из которых является узкозонным и один - широкозонным материалом, с заданными их параметрами,formation on the front surface of a given substrate a given semiconductor heterostructure based on gallium nitride in the form of a sequence of main layers and, accordingly, the material of each of them, while at least one of which is a narrow-gap and one is a wide-gap material, with their specified parameters,
формирование, по меньшей мере, одной заданной топологии элементов активной области полевого транзистора на заданных слоях полупроводниковой гетероструктуры, предусматривающей формирование:formation of at least one given topology of elements active region of a field-effect transistor on given layers of a semiconductor heterostructure, providing for the formation of:
канала в виде двумерного электронного газа вблизи гетерограницы слоев узкозонного и широкозонного материалов полупроводниковой гетероструктуры,a channel in the form of a two-dimensional electron gas near the heteroboundary of layers of narrow-gap and wide-gap materials of a semiconductor heterostructure,
омических контактов электродов истока и стока, посредством технологических операций методов литографии и нанесения последовательности металлических слоев,ohmic contacts of the source and drain electrodes, through the technological operations of lithography methods and the application of a sequence of metal layers,
щели под электрод затвора, посредством технологических операций методов электронной литографии и нанесения последовательности диэлектрических и проводящих слоев,slots for the gate electrode, through the technological operations of electron lithography methods and the application of a sequence of dielectric and conductive layers,
самого электрода затвора, типа барьера Шоттки, заданной конфигурации, посредством нанесения последовательности металлических слоев,the gate electrode itself, such as a Schottky barrier, of a given configuration, by applying a sequence of metal layers,
формирование пассивирующего покрытия, из диэлектрического материала, заданной толщины.formation of a passivating coating, from a dielectric material, of a given thickness.
При этомWherein
формирование заданной полупроводниковой гетероструктуры на заданной подложке и последовательности технологических операций технологического процесса изготовления в целом осуществляют в два этапа, при этом:the formation of a given semiconductor heterostructure on a given substrate and the sequence of technological operations of the manufacturing process as a whole is carried out in two stages, while:
на первом этапе - осуществляют формирование: at the first stage - carry out the formation:
прямой последовательности следующих слоев полупроводниковой гетероструктуры - буферного слоя нитрида галлия GaN, толщиной (2,0-3,0)×10-6 м, слоя нитрида алюминия AlN, толщиной (0,5-0,7)×10-9 м, барьерного слоя нитрида алюминия галлия AlxGa1-xN, где Х равно (0,24-0,26), толщиной менее 25,0×10-9 м,a direct sequence of the following layers of a semiconductor heterostructure - a buffer layer of gallium nitride GaN, with a thickness of (2.0-3.0) × 10 -6 m, a layer of aluminum nitride AlN, with a thickness of (0.5-0.7) × 10 -9 m, a barrier layer of gallium aluminum nitride Al x Ga 1-x N, where X is (0.24-0.26), with a thickness of less than 25.0×10 -9 m,
дополнительного пассивирующего покрытия - слоя нитрида кремния Si3N4, на лицевой поверхности барьерного слоя нитрида алюминия галлия AlxGa1-xN, толщиной (5,0-10,0)×10-9 м, при этом выше упомянутые слои формируют в едином технологическом процессе,additional passivating coating - a layer of silicon nitride Si3Nfour, on the front surface barrier layer of aluminum gallium nitride AlxGa1xN, thickness (5.0-10.0)×10-nine m, while the above layers are formed in a single technological process,
заданной - иной топологии элементов активной области полевого транзистора, на лицевой поверхности баръерного слоя нитрида алюминия галлия AlxGa1-xN, при одновременном определении расположения активной области щели под электрод затвора, посредством метода реактивного ионного травления в индуктивно-связанной плазме смеси газов - хлор Cl2 и трихлорид бора BCl3, при их соотношении (1:9) соответственно, давлении (3,1-3,3) Па, given - a different topology of the elements of the active region of the field-effect transistor, on the front surface barrier layer of gallium aluminum nitride AlxGa1xN, while determining the location of the active region of the gap under the gate electrode, using the method of reactive ion etching in an inductively coupled plasma of a mixture of gases - chlorine Cl2 and boron trichloride BCl3, at their ratio (1:9), respectively, pressure (3.1-3.3) Pa,
на втором этапе - осуществляют формирование: at the second stage - the formation is carried out:
контактного слоя нитрида галлия GaN полупроводниковой гетероструктуры, в области расположения электродов истока и стока соответственно, на глубине равной сумме толщин упомянутых слоев полупроводниковой гетероструктуры, сформированных на первом этапе, - от лицевой поверхности барьерного слоя нитрида алюминия галлия AlxGa1-xN и до (1,9-2,9)×10-6 м от обратной поверхности буферного слоя нитрида галлия GaN, при одновременном легировании контактного слоя нитрида галлия GaN донорной примесью кремния Si, с концентрацией легирующей примеси (1019-1020) см-3,contact layer of gallium nitride GaN semiconductor heterostructure, in the area of the source and drain electrodes, respectively, at a depth equal to the sum of the thicknesses of the mentioned layers of the semiconductor heterostructure formed at the first stage, from the front surface of the barrier layer of aluminum gallium nitride Al x Ga 1-x N and up to (1.9-2.9)×10 -6 m from the reverse surface of the buffer layer of gallium nitride GaN, while doping the contact layer of gallium nitride GaN with a silicon donor impurity Si, with a dopant concentration of (10 19 -10 20 ) cm -3 ,
меза-изоляции активной области полевого транзистора, посредством метода реактивного ионного травления в индуктивно-связанной плазме смеси газов - хлор Cl2 и трихлорид бора BCl3, при их соотношении (1:9) соответственно, давлении (3,1-3,3) Па,mesa-isolation of the active region of the field-effect transistor, by means of the method of reactive ion etching in inductively coupled plasma of a mixture of gases - chlorine Cl 2 and boron trichloride BCl 3 , at their ratio (1:9), respectively, pressure (3.1-3.3) pa,
омических контактов электродов истока и стока на лицевой поверхности контактного слоя нитрида галлия GaN,ohmic contacts of the source and drain electrodes on the front surface of the contact layer of gallium nitride GaN,
щели под электрод затвора согласно иной топологии и самого электрода затвора, slots for the gate electrode according to a different topology and the gate electrode itself,
пассивирующего покрытия одновременно на всей лицевой поверхности активной области полевого транзистора, толщиной (50,0-100,0)×10-9 м, с обеспечением защиты электродов истока, стока, канала и электрода затвора.passivating coating simultaneously on the entire front surface of the active area of the field-effect transistor, with a thickness of (50.0-100.0)×10 -9 m, while protecting the source, drain, channel and gate electrodes.
Используют подложку из полупроводникового либо диэлектрического материала максимально согласованного с материалом прилегающего слоя - буферного слоя нитрида галлия GaN по параметрам кристаллической решетки и температурному коэффициенту линейного расширения.A substrate made of a semiconductor or dielectric material is used that is maximally consistent with the material of the adjacent layer - the buffer layer of gallium nitride GaN in terms of the parameters of the crystal lattice and the temperature coefficient of linear expansion.
Формирование слоев полупроводниковой гетероструктуры на первом и втором этапах осуществляют посредством метода осаждения металлоорганических соединений из газообразной фазы (MOCVD) соответствующего состава.The formation of layers of the semiconductor heterostructure in the first and second stages is carried out by the method of deposition of organometallic compounds from the gaseous phase (MOCVD) of the appropriate composition.
Омические контакты электродов истока и стока формируют посредством нанесения прямой последовательности металлических слоев материалов титан Ti-платина Pt-золото Au метода электронно-лучевого напыления либо метода термического испарения.The ohmic contacts of the source and drain electrodes are formed by applying a direct sequence of metal layers of titanium Ti-platinum Pt-gold Au materials using the electron beam deposition method or the thermal evaporation method.
Электрод затвора типа барьера Шоттки формируют Т-образной, либо Г-образной, либо Δ-образной конфигурации, посредством нанесения прямой последовательности металлических слоев материалов никель Ni-золото Au.The gate electrode of the Schottky barrier type is formed into a T-shaped, or L-shaped, or Δ-shaped configuration by depositing a direct sequence of metallic layers of nickel-Ni-gold-Au materials.
Пассивирующее покрытие формируют из диэлектрического материала нитрида кремния Si3N4.The passivating coating is formed from a dielectric material of silicon nitride Si 3 N 4 .
Раскрытие сущности изобретения.Disclosure of the essence of the invention.
Совокупность существенных признаков заявленного способа изготовления мощного полевого транзистора СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре на основе нитрида галлия, как ограничительной части, так и отличительной части, а именно.The set of essential features of the claimed method of manufacturing a high-power microwave field effect transistor on a semiconductor heterostructure based on gallium nitride, both the restrictive part and the distinctive part, namely.
Формирование заданной полупроводниковой гетероструктуры на заданной подложке и последовательности технологических операций технологического процесса изготовления в целом осуществляют в два этапа, при этом:The formation of a given semiconductor heterostructure on a given substrate and the sequence of technological operations of the manufacturing process as a whole is carried out in two stages, while:
на первом этапе - осуществляют формирование: at the first stage - carry out the formation:
прямой последовательности следующих слоев полупроводниковой гетероструктуры - буферного слоя нитрида галлия GaN, толщиной (2,0-3,0)×10-6 м, слоя нитрида алюминия AlN, толщиной (0,5-0,7)×10-9 м, барьерного слоя нитрида алюминия галлия AlxGa1-xN, где Х равно (0,24-0,26), толщиной менее 25,0×10-9 м,a direct sequence of the following layers of a semiconductor heterostructure - a buffer layer of gallium nitride GaN, with a thickness of (2.0-3.0) × 10 -6 m, a layer of aluminum nitride AlN, with a thickness of (0.5-0.7) × 10 -9 m, a barrier layer of gallium aluminum nitride Al x Ga 1-x N, where X is (0.24-0.26), with a thickness of less than 25.0×10 -9 m,
дополнительного пассивирующего покрытия - слоя нитрида кремния Si3N4, на лицевой поверхности барьерного слоя нитрида алюминия галлия AlxGa1-xN, толщиной (5,0-10,0)×10-9 м, при этом вышеупомянутые слои формируют в едином технологическом процессе,additional passivating coating - a layer of silicon nitride Si3Nfour, on the front surface barrier layer of aluminum gallium nitride AlxGa1xN, thickness (5.0-10.0)×10-nine m, while the above layers are formed in a single technological process,
заданной - иной топологии элементов активной области полевого транзистора, на лицевой поверхности баръерного слоя нитрида алюминия галлия AlxGa1-xN, при одновременном определении расположения активной области щели под электрод затвора, посредством метода реактивного ионного травления в индуктивно-связанной плазме смеси газов - хлор Cl2 и трихлорид бора BCl3, при их соотношении (1:9) соответственно, давлении (3,1-3,3) Па, given - a different topology of the elements of the active region of the field-effect transistor, on the front surface barrier layer of gallium aluminum nitride AlxGa1xN, while simultaneously determining the location of the active region of the gap under the gate electrode, using the method of reactive ion etching in an inductively coupled plasma of a mixture of gases - chlorine Cl2 and boron trichloride BCl3, at their ratio (1:9), respectively, pressure (3.1-3.3) Pa,
на втором этапе - осуществляют формирование: at the second stage - the formation is carried out:
контактного слоя нитрида галлия GaN полупроводниковой гетероструктуры, в области расположения электродов истока и стока соответственно, на глубине равной сумме толщин упомянутых слоев полупроводниковой гетероструктуры, сформированных на первом этапе, - от лицевой поверхности барьерного слоя нитрида алюминия галлия AlxGa1-xN и до (1,9-2,9)×10-6 м от обратной поверхности буферного слоя нитрида галлия GaN, при одновременном легировании контактного слоя нитрида галлия GaN донорной примесью кремния Si, с концентрацией легирующей примеси (1019-1020) см-3,contact layer of gallium nitride GaN semiconductor heterostructure, in the area of the source and drain electrodes, respectively, at a depth equal to the sum of the thicknesses of the mentioned layers of the semiconductor heterostructure formed at the first stage, from the front surface of the barrier layer of aluminum gallium nitride Al x Ga 1-x N and up to (1.9-2.9)×10 -6 m from the reverse surface of the buffer layer of gallium nitride GaN, while doping the contact layer of gallium nitride GaN with a silicon donor impurity Si, with a dopant concentration of (10 19 -10 20 ) cm -3 ,
меза-изоляции активной области полевого транзистора, посредством метода реактивного ионного травления в индуктивно-связанной плазме смеси газов - хлор Cl2 и трихлорид бора BCl3, при их соотношении (1:9) соответственно, давлении (3,1-3,3) Па,mesa-isolation of the active region of the field-effect transistor, by means of the method of reactive ion etching in inductively coupled plasma of a mixture of gases - chlorine Cl 2 and boron trichloride BCl 3 , at their ratio (1:9), respectively, pressure (3.1-3.3) pa,
омических контактов электродов истока и стока на лицевой поверхности контактного слоя нитрида галлия GaN,ohmic contacts of the source and drain electrodes on the front surface of the contact layer of gallium nitride GaN,
щели под электрод затвора согласно иной топологии и самого электрода затвора, slots for the gate electrode according to a different topology and the gate electrode itself,
пассивирующего покрытия одновременно на всей лицевой поверхности активной области полевого транзистора, толщиной (50,0-100,0)×10-9 м, с обеспечением защиты электродов истока, стока, канала и электрода затвора.passivating coating simultaneously on the entire front surface of the active area of the field-effect transistor, with a thickness of (50.0-100.0)×10 -9 m, while protecting the source, drain, channel and gate electrodes.
Формирование заданной полупроводниковой гетероструктуры на заданной подложке и последовательности технологических операций технологического процесса изготовления в целом в два этапа обеспечивает возможность формирования контактного слоя нитрида галлия GaN полупроводниковой гетероструктуры, при этом сильнолегированного донорной примесью кремния Si, с концентрацией легирующей примеси (1019-1020) см-3,Formation of a given semiconductor heterostructure on a given substrate and the sequence of technological operations of the manufacturing process as a whole in two stagesprovidespossibility formation of a contact layer of gallium nitride GaN semiconductor heterostructure, whileheavily alloyedsilicon donor impurity Si, with dopant concentration (10nineteen-1020) cm-3,
и тем самым - снижение потенциального барьера между контактным слоем нитрида галлия GaN и омическими контактами электродов истока и стока and thereby reducing the potential barrier between the contact layer of gallium nitride GaN and the ohmic contacts of the source and drain electrodes
и тем самым - снижение удельного сопротивления омических контактов электродов истока и стока и, как следствие, - and thus - a decrease in the resistivity of the ohmic contacts of the source and drain electrodes and, as a result, -
во-первых, повышение выходной мощности и коэффициента усиления,First, increase the output power and gain,
во-вторых, снижение коэффициента шума. secondly, noise figure reduction .
Формирование контактного слоя нитрида галлия GaN строго локально, а именно непосредственно в области расположения электродов истока и стока соответственно, и при этом согласно вышеуказанной иной топологии элементов активной области полевого транзистора (в отличии от способа прототипа, в котором контактный слой формируют в виде сплошного слоя) и на указанной глубине полупроводниковой гетероструктуры обеспечивает:The formation of the contact layer of gallium nitride GaN is strictly local , namely directly in the area of the source and drain electrodes, respectively, and at the same time, according to the above, a different topology of the elements of the active region of the field-effect transistor (in contrast to the prototype method, in which the contact layer is formed in the form of a continuous layer) and at the specified depth of the semiconductor heterostructure provides :
непосредственный контакт двумерного электронного газа (канал полевого транзистора) с контактным слоем нитрида галлия GaN, при этом локально,direct contact of a two-dimensional electron gas (channel of a field-effect transistor) with a contact layer of gallium nitride GaN, while locally ,
и тем самым - снижение сопротивления электродов исток-сток в процессе работы полевого транзистора, and thus - a decrease in the resistance of the source-drain electrodes during the operation of the field-effect transistor,
и тем самым - увеличение тока насыщения полевого транзистора и, как следствие, - дополнительно увеличение выходной мощности.and thus - an increase in the saturation current of the field-effect transistor and, as a result, an additional increase in output power.
При этом в совокупности:In this case, in aggregate:
с указанными параметрами основных слоев полупроводниковой гетероструктуры, в том числе их толщины; with the specified parameters of the main layers of the semiconductor heterostructure, including their thickness;
- с иной последовательностью технологических операций технологического процесса изготовления и с указанными иными их технологическими режимами, - with a different sequence of technological operations of the manufacturing process and with their other technological modes indicated,
при этом, значения которых (параметры полупроводниковой гетероструктуры и режимы технологических операций) максимально оптимизированы - это обеспечивает значительное повышение качества полупроводниковой гетероструктуры, и, как следствие - дальнейшее - большее достижение указанного технического результата.at the same time, the values of which (parameters of the semiconductor heterostructure and modes of technological operations) are maximally optimized - this provides a significant increase in the quality of the semiconductor heterostructure, and, as a result - further - a greater achievement of the specified technical result.
Более того, указанная совокупность отличительных признаков обеспечивает упрощение способа изготовления, и прежде всего благодаря упрощению технологических операций формирования электрода затвора.Moreover, this combination of features provides a simplification of the manufacturing method, and above all due to the simplification of the technological operations of forming the gate electrode.
Формирование на первом этапе:Formation at the first stage:
- буферного слоя нитрида галлия GaN, толщиной как менее 2,0×10-6 м, так и более 3,0×10-6 м не желательно, в первом случае - из-за наличия недопустимого количества дефектов роста, во втором - не целесообразно с точки зрения снижения количества дефектов; - a buffer layer of gallium nitride GaN, with a thickness of both less than 2.0 × 10 -6 m and more than 3.0 × 10 -6 m is not desirable, in the first case - due to the presence of an unacceptable number of growth defects, in the second - not expedient from the point of view of reducing the number of defects;
- слоя нитрида алюминия AlN, толщиной как менее 0,5×10-9 м, так и более 0,7×10-9 м не желательно, в первом случае - из-за наличия недопустимого количества дефектов роста, во втором - из-за вероятности повышения механических напряжений;- a layer of aluminum nitride AlN, with a thickness of both less than 0.5 × 10 -9 m and more than 0.7 × 10 -9 m is not desirable, in the first case - due to the presence of an unacceptable number of growth defects, in the second - due to for the probability of increasing mechanical stresses;
- барьерного слоя нитрида алюминия галлия AlxGa1-xN, с содержанием указанных химических элементов как менее 0,24, так и более 0,26 не желательно, в первом случае - из-за снижения его функциональности, во втором - из-за вероятности образования дефектов роста, равно как толщиной более 25,0×10-9 м - из-за усложнения способа изготовления, а менее ограничено толщиной молекулярного слоя AlxGa1-xN;- a barrier layer of gallium aluminum nitride Al x Ga 1-x N, with a content of these chemical elements both less than 0.24 and more than 0.26 is not desirable, in the first case - due to a decrease in its functionality, in the second - because for the probability of formation of growth defects, as well as a thickness of more than 25.0×10 -9 m - due to the complexity of the manufacturing method, and less limited by the thickness of the Al x Ga 1-x N molecular layer;
- дополнительного пассивирующего покрытия нитрида кремния Si3N4, на лицевой поверхности барьерного слоя нитрида алюминия галлия AlxGa1-xN, толщиной как менее 5,0×10-9 м, так и более 10,0×10-9 м не желательно, в первом случае - из-за нарушения сплошности пассивирующего покрытия, во втором - не целесообразно;- additional passivating coating of silicon nitride Si 3 N 4 , on the front surface of the barrier layer of gallium aluminum nitride Al x Ga 1-x N, with a thickness of less than 5.0 × 10 -9 m, and more than 10.0 × 10 -9 m not desirable, in the first case - due to a violation of the continuity of the passivating coating, in the second - not advisable;
- топологии элементов активной области полевого транзистора посредством метода реактивного ионного травления в индуктивно-связанной плазме смеси газов - хлор Cl2 и трихлорид бора BCl3 - topology of the elements of the active region of the field-effect transistor by means of the method of reactive ion etching in inductively coupled plasma of a mixture of gases - chlorine Cl 2 and boron trichloride BCl 3
-- с нарушением указанного их соотношения нежелательно из-за снижения качества формирования контактного слоя нитрида галлия GaN и соответственно увеличения удельного сопротивления омических контактов электродов истока и стока; -- in violation of their specified ratio is undesirable due to a decrease in the quality of the formation of the contact layer of gallium nitride GaN and, accordingly, an increase in the specific resistance of the ohmic contacts of the source and drain electrodes;
-- давлении как менее 3,1 Па, так и более 3,3 Па не желательно, в первом случае - из-за вероятности образования радиационных дефектов, во втором - из-за вероятности подтрава под резистную маску, что приводит к нарушению профиля травления и снижению качества формирования контактного слоя полупроводниковой гетероструктуры и соответсиенно увеличению удельного сопротивления омических контактов электродов стока и истока.-- pressure of both less than 3.1 Pa and more than 3.3 Pa is not desirable, in the first case - because of the probability of formation of radiation defects, in the second - because of the probability of underetching under the resist mask, which leads to a violation of the etching profile and a decrease in the quality of formation of the contact layer of the semiconductor heterostructure and, accordingly, an increase in the specific resistance of the ohmic contacts of the drain and source electrodes.
Формирование на втором этапе:Formation at the second stage:
- контактного слоя нитрида галлия GaN на упомянутой глубине как менее 1,9×10-6 м, так и более 2,9×10-6 м не желательно, в первом случае из-за отсутствия контакта между двумерным электронным газом (канал полевого транзистора) и контактным слоем нитрида галлия GaN, во втором - из-за вероятности образования дефектов роста,- the contact layer of gallium nitride GaN at the mentioned depth of both less than 1.9×10 -6 m and more than 2.9×10 -6 m is not desirable, in the first case due to the lack of contact between the two-dimensional electron gas (field-effect transistor channel ) and a contact layer of gallium nitride GaN, in the second - due to the probability of formation of growth defects,
равно как, при одновременном его легировании донорной примесью кремния Si, с концентрацией легирующей примеси как менее 1019 см-3, так и более 1020 см-3 не желательно, в первом случае - из-за повышения удельного сопротивления омических контактов электродов истока и стока, во втором - из-за нарушения кристаллической структуры полупроводниковых слоёв;as well as, with its simultaneous doping with a silicon donor impurity Si, with a dopant concentration of both less than 10 19 cm -3 and more than 10 20 cm -3 is not desirable, in the first case - due to an increase in the resistivity of the ohmic contacts of the source electrodes and drain, in the second - due to a violation of the crystal structure of the semiconductor layers;
- меза-изоляции методом реактивного ионного травления в индуктивно-связанной плазме смеси газов - хлор Cl2 и трихлорид бора BCl3, - mesa isolation by reactive ion etching in inductively coupled plasma of gas mixture - chlorine Cl 2 and boron trichloride BCl 3 ,
с нарушением указанного их соотношения (1:9) не желательно из-за нарушения профиля травления контактного нитрида галлия GaN и буферного нитрида алюминия галлия AlxGa1-xN слоёв полупроводниковой гетероструктуры и соответственно снижения их качества,with a violation of their specified ratio (1: 9) is not desirable due to a violation of the etching profile of the contact gallium nitride GaN and the buffer aluminum gallium nitride Al x Ga 1-x N layers of the semiconductor heterostructure and, accordingly, a decrease in their quality,
равно как давлении как менее 3,1 Па, так и более 3,3 Па не желательно, в первом случае - из-за вероятности образования радиационных дефектов, во втором - из-за вероятности образования подтравов под резистную маску и нарушения профиля травления упомянутых слоёв и соответственно снижения их качества;as well as a pressure of both less than 3.1 Pa and more than 3.3 Pa is not desirable, in the first case - because of the probability of formation of radiation defects, in the second - because of the probability of formation of underetches under the resist mask and violation of the etching profile of the mentioned layers and, accordingly, a decrease in their quality;
- пассивирующего покрытия толщиной как менее 50,0×10-9 м, так и более 100,0×10-9 м не желательно, в первом случае - из-за нарушения его функциональности, во втором - не целесообразно.- a passivating coating with a thickness of both less than 50.0×10 -9 m and more than 100.0×10 -9 m is not desirable, in the first case - due to a violation of its functionality, in the second - not advisable.
Итак, заявленный способ изготовления мощного полевого транзистора СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре на основе нитрида галлия в полной мере обеспечивает технический результат - повышение выходной мощности и коэффициента усиления, снижение коэффициента шума, повышение качества и упрощение способа изготовления. So, the claimed method of manufacturing a high-power microwave field effect transistor based on a semiconductor heterostructure based on gallium nitride fully provides the technical result - an increase in output power and gain, a decrease in noise figure, an increase in quality and a simplification of the manufacturing method.
Изобретение поясняется чертежом.The invention is illustrated in the drawing.
На фиг. 1 дан общий вид мощного полевого транзистора СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре на основе нитрида галлия, изготовленного заявленным способом в разрезе, гдеIn FIG. 1 shows a general view of a high-power microwave field effect transistor on a semiconductor heterostructure based on gallium nitride, manufactured by the claimed method in the section , where
диэлектрическая подложка - 1,dielectric substrate - 1,
полупроводниковая гетерострултура в виде последовательности основных слоев - 2,semiconductor heterostructure in the form of a sequence of basic layers - 2,
- топология элементов активной области полевого транзистора - 3,- topology of the elements of the active region of the field-effect transistor - 3,
- канал в виде двумерного электронного газа - 4,- channel in the form of a two-dimensional electron gas - 4,
- омические контакты электродов истока и стока - 5, 6 соответственно,- ohmic contacts of the source and drain electrodes - 5, 6, respectively,
- щель под электрод затвора и сам электрод затвора - 7,- slot for the gate electrode and the gate electrode itself - 7,
- пассивирующее покрытие - 8,- passivating coating - 8,
- буферный слой нитрида галлия GaN - 9,- buffer layer of gallium nitride GaN - 9,
- слой нитрида алюминия AlN - 10, - a layer of aluminum nitride AlN - 10,
- барьерный слой нитрида алюминия галлия AlxGa1-xN - 11, - дополнительное пассивирующее покрытие - слой нитрида кремния Si3N4 - 12, - a barrier layer of gallium aluminum nitride Al x Ga 1-x N - 11, - an additional passivating coating - a layer of silicon nitride Si 3 N 4 - 12,
- контактный слой нитрида галлия GaN - 13,- contact layer of gallium nitride GaN - 13,
- меза-изоляция активной области полевого транзистора - 14.- mesa-isolation of the active region of the field-effect transistor - 14.
Примеры конкретной реализации заявленного способа.Examples of a specific implementation of the claimed method.
Заявленный способ изготовления мощного полевого транзистора СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре на основе нитрида галлия предусматривает. The claimed method of manufacturing a high-power microwave field effect transistor on a semiconductor heterostructure based on gallium nitride provides.
1. Формирование на лицевой поверхности заданной подложки заданной полупроводниковой гетероструктуры на основе нитрида галлия в виде последовательности основных слоев и соответственно материала каждого из них, при этом, по меньшей мере, один из которых является узкозонным и один - широкозонным материалом, с заданными их параметрами.1. Formation on the front surface of a given substrate a given semiconductor heterostructure based on gallium nitride in the form of a sequence of main layers and, accordingly, the material of each of them, while at least one of which is a narrow-gap and one is a wide-gap material, with their specified parameters.
2. Формирование, по меньшей мере, одной заданной топологии элементов активной области полевого транзистора на заданных слоях полупроводниковой гетероструктуры. 2. Formation of at least one given topology of the elements of the active region of the field-effect transistor on the given layers of the semiconductor heterostructure.
3. В процессе реализации способа - использование традиционных (классических) технологических операций технологических процессов (методов) изготовления тонкопленочной технологии. 3. In the process of implementing the method - the use of traditional (classical) technological operations of technological processes (methods) for the manufacture of thin-film technology.
Пример 1.Example 1
На лицевой стороне заданной подложки 1, выполненной из диэлектрического материала - карбида кремния (SiC), толщиной 100,0×10-9 м (Марка 4H), которая имеет достаточную согласованность с материалом прилегающего буферного слоя нитрида галлия GaN 9 полупроводниковой гетероструктуры 2 по параметрам кристаллической решетки и температурному коэффициенту линейного расширения - (5-6)×10-6 К-1 для SiC, 3,3-7,2×10-6 К-1 для GaN).On the front side of the specified
Осуществляют формирование заданной полупроводниковой гетероструктуры 2 и последовательности технологических операций технологического процесса изготовления полевого транзистора, при этом в два этапа.Carry out the formation of a given
На первом этапе.At the first stage.
Формируют прямую последовательность следующих основных слоев полупроводниковой гетероструктуры:A direct sequence of the following main layers of the semiconductor heterostructure is formed:
- буферного слоя нитрида галлия GaN 9, толщиной 2,5×10-6 м - узкозонного, - a buffer layer of
- слоя нитрида алюминия AlN 10, толщиной 0,6×10-9 м - широкозонного, - a layer of
- барьерного слоя нитрида алюминия галлия AlxGa1-xN 11, где Х равно 0,25, толщиной менее 10,0×10-9 м - широкозонного.- a barrier layer of gallium aluminum nitride Al x Ga 1-x N 11, where X is 0.25, with a thickness of less than 10.0×10 -9 m - wide-gap.
При этом каждый из указанных выше слоев полупроводниковой гетероструктуры формируют посредством метода осаждения металлоорганических соединений из газообразной фазы (MOCVD) соответствующего состава - триметилгаллия, триметилалюминия.Each of the above layers of the semiconductor heterostructure is formed by the method of deposition of organometallic compounds from the gaseous phase (MOCVD) of the appropriate composition - trimethylgallium, trimethylaluminum.
Далее формируют дополнительное пассивирующее покрытие - слой нитрида кремния Si3N4 12, толщиной 7,5×10-9 м, на лицевой поверхности барьерного слоя нитрида алюминия галлия AlxGa1-xN 11, посредством PECVD. Furtherform an additional passivating coating - a layer of silicon nitride Si3Nfour12, thickness 7.5×10-nine m, front surface barrier layer of aluminum gallium nitride AlxGa1xN 11, via PECVD.
При этом последние слои (9, 10, 11 и 12) формируют в едином технологическом процессе. In this case, the last layers (9, 10, 11 and 12) are formed in a single technological process.
Далее формируют заданную - иную топологию элементов активной области полевого транзистора 3 на лицевой поверхности баръерного слоя нитрида алюминия галлия AlxGa1-xN 11 полупроводниковой гетероструктуры при одновременном определении расположения активной области щели под электрод затвора 7, посредством метода реактивного ионного травления в индуктивно-связанной плазме смеси газов - хлор Cl2 и трихлорид бора BCl3, при их соотношении (1:9) соответственно, давлении 3,2 Па. Next , a given - different topology of the elements of the active region of the field-effect transistor 3 is formed on the front surface of the barrier layer of aluminum gallium nitride Al x Ga 1-x N 11 of the semiconductor heterostructure while simultaneously determining the location of the active region of the slot under the
На втором этапе.At the second stage.
Формируют контактный слой нитрида галлия GaN 13 полупроводниковой гетерострултуры 2, в области расположения электродов истока 5 и стока 6 соответственно, на глубине равной сумме толщин упомянутых слоев полупроводниковой гетероструктуры, сформированных на первом этапе, - от лицевой поверхности баръерного слоя нитрида алюминия галлия AlxGa1-xN 11 и до 2,4×10-6 м от обратной поверхности буферного слоя нитрида галлия GaN 9, посредством метода осаждения металлоорганических соединений из газообразной фазы (MOCVD) соответствующего состава - триметилгаллия, при одновременном легировании контактного слоя нитрида галлия GaN 13 донорной примесью кремния Si, с концентрацией легирующей примеси 1018,5 см-3.A contact layer of
Далее формируют меза-изоляцию активной области полевого транзистора 14, посредством метода реактивного ионного травления в индуктивно-связанной плазме смеси газов - хлор Cl2 и трихлорид бора BCl3, при их соотношении (1:9) соответственно, давлении (3,1-3,3) Па. Next , a mesa-isolation of the active region of the field-
Далее формируют омические контакты электродов истока 5 и стока 6 на контактном слое нитрида галлия GaN 13 из прямой последовательности системы металлических слоев материалов титан Ti-платина Pt-золото Au, толщиной (3×10-9-10-8-3×10-7 м.) соответственно посредством методов обратной литографии и термического испарения. Next , ohmic contacts of the
Далее формируют: Next , they form:
а) щель под электрод затвора 7, согласно иной топологии элементов активной области полевого транзистора 3, посредством технологических операций методов электронной литографии и нанесения последовательности диэлектрического (Si3N4) и проводящего слоев (Al), и a) a slot for the
б) сам электрод затвора 7 типа барьера Шоттки из прямой последовательности системы металлических слоев материалов никель Ni-золото Au общей толщиной 0,33×10-6 м, Δ-образной конфигурации, посредством методов обратной литографии и термического испарения.b) the
Далее формируют пассивирующее покрытие 8 из диэлектрического материала нитрида кремния Si3N4 одновременно на всей лицевой поверхности элементов активной области полевого транзистора, толщиной 75,0×10-9 м, с обеспечением защиты электродов истока 5, стока 6, канала 4, и электрода затвора 7. Next , a
Примеры 2-6. Аналогично примеру 1 изготовлены образцы мощных полевых транзисторов СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре на основе нитрида галлия, но при других конструкционных параметрах и технологических режимах, указанных в формуле изобретения (примеры 2-3, 6), и за ее пределами (примеры 4-5). Examples 2-6. Similarly to example 1, samples of high-power microwave field-effect transistors on a semiconductor heterostructure based on gallium nitride were made, but with other design parameters and technological modes specified in the claims (examples 2-3, 6), and beyond (examples 4-5).
Пример 7 - прототип. Example 7 - prototype.
На изготовленных образцах измерены:On the manufactured samples measured:
Удельное сопротивление омических контактов электродов истока и стока ( ρ), Ом×мм посредством метода длинных линий (TLМ метод). Resistivity of the ohmic contacts of the source and drain electrodes ( ρ), Ohm×mm using the long line method (TLM method).
Выходная мощность (Рвых.), Вт, посредством ваттметра (СМЗ010);Output power (P out. ), W , by means of a wattmeter (SMZ010);
коэффициент усиления (КУ) посредством анализатора цепей (Agilent Technologies PNA Network Analyzer);gain (K U ) through a network analyzer (Agilent Technologies PNA Network Analyzer);
коэффициент шума (Кш), дБ посредством индикатора коэффициента шума (Х5-2 (ИКШ-2), при этом на частоте 10 ГГц.noise figure (K sh ), dB by means of the noise figure indicator (X5-2 (IKSH-2), while at a frequency of 10 GHz.
Данные представлены в таблице.The data are presented in the table.
Как видно из таблицы образцы мощного полевого транзистора СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре на основе нитрида галлия, изготовленные согласно формулы изобретения заявленного способа (примеры 1-3, 6) имеют:As can be seen from the table samples of a powerful microwave field effect transistor based on a semiconductor heterostructure based on gallium nitride, manufactured according to the claims of the claimed method (examples 1-3, 6) have:
удельное сопротивление омических контактов электродов истока и стока (0,1, 0,15, 0,15, 0,1) Ом×мм. resistivity of the ohmic contacts of the source and drain electrodes (0.1, 0.15, 0.15, 0.1) Ohm×mm.
выходную мощность (5,3, 4,8, 4,85, 6,1) Вт,output power (5.3, 4.8, 4.85, 6.1) W,
коэффициент усиления (15,0, 12,0, 12,5, 15,0), дБ,gain (15.0, 12.0, 12.5, 15.0), dB,
коэффициент шума (1,7, 2,0, 2,01, 1,6) дБ.noise figure (1.7, 2.0, 2.01, 1.6) dB.
В отличие от образцов, выполненных за пределами формулы изобретения (примеры 4-5), которые имеют примерно - удельное сопротивление омических контактов электродов истока и стока 0,3 Ом×мм, выходную мо-щность 3,2 Вт, коэффициент усиления 7,0 дБ, коэффициент шума 2,2 дБ. Unlike samples made outside the claims (examples 4-5), which have approximately - the specific resistance of the ohmic contacts of the source and drain electrodes is 0.3 Ohm × mm, the output power is 3.2 W, the gain is 7.0 dB, noise figure 2.2 dB.
Таким образом, заявленный способ изготовления мощного полевого транзистора СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре на основе нитрида галлия обеспечивает достаточно высокие значения электрических параметров: Thus, the declaredWitha method for manufacturing a high-power microwave field-effect transistor on a semiconductor heterostructure based on gallium nitride provides sufficiently high values of electrical parameters:
выходной мощности, примерно 5,3 Вт, output power, approximately 5.3 W,
коэффициента усиления, примерно 15 дБ, и gain, approximately 15 dB, and
достаточно низкие значения:rather low values:
коэффициента шума, примерно 1,7 дБ.noise figure, approximately 1.7 dB.
Следует отметить, что мощный полевой транзистор СВЧ, изготовленный согласно заявленному способу с достаточно высокими значениями выше указанных основных электрических параметров, может быть использован в качестве объекта по импортозамещению аналогичных изделий, что на сегодня чрезвычайно актуально.It should be noted that a powerful microwave field-effect transistor, manufactured according to the claimed method with sufficiently high values above the indicated basic electrical parameters, can be used as an object for import substitution of similar products, which is extremely important today.
Claims (25)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2787550C1 true RU2787550C1 (en) | 2023-01-10 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2806808C1 (en) * | 2023-03-09 | 2023-11-07 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" | Method for manufacturing microwave field-effect transistor |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20130069129A1 (en) * | 2011-09-21 | 2013-03-21 | Fujitsu Limited | Compound semiconductor device and method of manufacturing the same |
RU2534442C1 (en) * | 2013-07-04 | 2014-11-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Пульсар" | Method for manufacture of powerful shf transistor |
RU2578517C1 (en) * | 2014-10-28 | 2016-03-27 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт полупроводниковых приборов" (ОАО "НИИПП") | Method of producing high-frequency transistor with nanometer gates |
RU2633724C1 (en) * | 2016-07-06 | 2017-10-17 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС" (Госкорпорация "РОСКОСМОС") | Method to produce microwaves of field high power pseudomorphic transistor |
CN107863291A (en) * | 2017-11-08 | 2018-03-30 | 西安电子科技大学 | A kind of electronic beam photetching process for making T-shaped grid structure |
RU2668635C1 (en) * | 2017-12-26 | 2018-10-02 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ, НИ ТГУ) | Method for manufacturing a gallium nitride power field-effect transistor |
RU2669265C1 (en) * | 2017-11-07 | 2018-10-09 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) | Method of increase of control voltage on the gate of the gan transistor |
EP3584841A1 (en) * | 2018-06-20 | 2019-12-25 | INTEL Corporation | Methods of transistor gate structuring using single operation dummy gate removal |
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20130069129A1 (en) * | 2011-09-21 | 2013-03-21 | Fujitsu Limited | Compound semiconductor device and method of manufacturing the same |
RU2534442C1 (en) * | 2013-07-04 | 2014-11-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Пульсар" | Method for manufacture of powerful shf transistor |
RU2578517C1 (en) * | 2014-10-28 | 2016-03-27 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт полупроводниковых приборов" (ОАО "НИИПП") | Method of producing high-frequency transistor with nanometer gates |
RU2633724C1 (en) * | 2016-07-06 | 2017-10-17 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС" (Госкорпорация "РОСКОСМОС") | Method to produce microwaves of field high power pseudomorphic transistor |
RU2669265C1 (en) * | 2017-11-07 | 2018-10-09 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) | Method of increase of control voltage on the gate of the gan transistor |
CN107863291A (en) * | 2017-11-08 | 2018-03-30 | 西安电子科技大学 | A kind of electronic beam photetching process for making T-shaped grid structure |
RU2668635C1 (en) * | 2017-12-26 | 2018-10-02 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ, НИ ТГУ) | Method for manufacturing a gallium nitride power field-effect transistor |
EP3584841A1 (en) * | 2018-06-20 | 2019-12-25 | INTEL Corporation | Methods of transistor gate structuring using single operation dummy gate removal |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2806808C1 (en) * | 2023-03-09 | 2023-11-07 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" | Method for manufacturing microwave field-effect transistor |
RU2818689C1 (en) * | 2023-10-26 | 2024-05-03 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Чеченский государственный университет имени Ахмата Аблулхамидовича Кадырова" | Semiconductor device manufacturing method |
RU2823223C1 (en) * | 2023-12-28 | 2024-07-22 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | Power transistor based on aln/gan heterostructure with 2d electron gas |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5205054B2 (en) | Recessed semiconductor device | |
JP5501618B2 (en) | High electron transfer transistor (HEMT), semiconductor device and manufacturing method thereof | |
US6586781B2 (en) | Group III nitride based FETs and HEMTs with reduced trapping and method for producing the same | |
JP5636867B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device | |
US6867078B1 (en) | Method for forming a microwave field effect transistor with high operating voltage | |
Medjdoub et al. | Status of the emerging InAlN/GaN power HEMT technology | |
CN107946358A (en) | An AlGaN/GaN heterojunction HEMT device compatible with Si-CMOS process and its manufacturing method | |
Iwakami et al. | AlGaN/GaN heterostructure field-effect transistors (HFETs) on Si substrates for large-current operation | |
EP2437303A1 (en) | A transistor with a field plate. | |
CN108649071B (en) | Semiconductor devices and its manufacturing method | |
US8803158B1 (en) | High electron mobility transistor and method of forming the same | |
WO2007091383A1 (en) | Semiconductor device | |
CN108695157B (en) | A kind of gallium nitride transistor with void-type composite passivation medium and method of making the same | |
JP6085178B2 (en) | Method for manufacturing MES structure transistor, MES structure transistor | |
CN110875386A (en) | Epitaxial structure of enhancement mode GaN-based HEMT device, device and preparation method thereof | |
CN113889534A (en) | Gold-free ohmic contact electrode, semiconductor device and radio frequency device and method for making the same | |
Abou Daher et al. | AlGaN/GaN high electron mobility transistors on diamond substrate obtained through aluminum nitride bonding technology | |
RU2787550C1 (en) | Method for manufacturing a high-power microwave field-effect transistor based on a semiconductor heterostructure based on gallium nitride | |
JP6650867B2 (en) | Method for manufacturing heterojunction field effect transistor | |
Higashiwaki et al. | Millimeter-wave GaN HFET technology | |
CN111211161A (en) | Bidirectional heat-dissipation longitudinal gallium nitride power transistor and preparation method thereof | |
Lee et al. | High-Quality AlGaN/GaN HEMTs Growth on Silicon Using Al0. 07Ga0. 93N as Interlayer for High RF Applications | |
CN109904227B (en) | Diamond-based field effect transistor with low-work-function conductive grid and preparation method thereof | |
CN113488536A (en) | Enhanced P-type gallium nitride device with substrate electrode and preparation method thereof | |
RU2782307C1 (en) | Powerful microwave field effect transistor based on a semiconductor heterostructure based on gallium nitride |