[go: up one dir, main page]

RU2797136C1 - Method for manufacturing planar diode with anode whisker and air lead using “mesa-mesa” technology - Google Patents

Method for manufacturing planar diode with anode whisker and air lead using “mesa-mesa” technology Download PDF

Info

Publication number
RU2797136C1
RU2797136C1 RU2022125584A RU2022125584A RU2797136C1 RU 2797136 C1 RU2797136 C1 RU 2797136C1 RU 2022125584 A RU2022125584 A RU 2022125584A RU 2022125584 A RU2022125584 A RU 2022125584A RU 2797136 C1 RU2797136 C1 RU 2797136C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
mesa
anode
contact
whisker
formation
Prior art date
Application number
RU2022125584A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Анатольевич Торхов
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Севастопольский государственный университет"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Севастопольский государственный университет" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Севастопольский государственный университет"
Application granted granted Critical
Publication of RU2797136C1 publication Critical patent/RU2797136C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: diode manufacturing.
SUBSTANCE: according to the "Mesa-Mesa" method, it is proposed to manufacture a planar diode with an anode terminal in form of an air bridge with a whisker, including deposition of a dielectric film on the surface of the heteroepitaxial structure, in which windows of the ohmic contact of the cathode are created by chemical or physical etching on the resist mask by chemical or physical etching at least up to a highly doped U-shaped cathode layer along with a rectangular window for forming an anode contact pad in the same plane coaxially with it, simultaneous formation of low-resistance ohmic contacts in both windows by explosive lithography or electrochemical metallization methods, followed by annealing and their galvanic thickening, formation using thin (<1 mcm) micron or submicron rectifying barrier anode contact masks.
EFFECT: advantage of the proposed method for manufacturing a diode with an anode terminal in form of an air bridge with a whisker to the anode contact according to the “Mesa-Mesa” method is that the anode and cathode contact pads are located in the same plane as the anode contact.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к полупроводниковой электронике, к приборам с объемными и балочными выводами, и предназначено для создания как дискретных сверхвысокочастотных (СВЧ), крайне высокочастотных (КВЧ) и терагерцовых (ТГц) диодов, так и монолитных интегральных схем (МИС) модуляторов, смесителей, умножителей, переключателей, аттенюаторов, фазовращателей, детекторов и др. на их основе.The invention relates to semiconductor electronics, to devices with bulk and beam leads, and is intended to create both discrete microwave (MW), extremely high frequency (EHF) and terahertz (THz) diodes, and monolithic integrated circuits (MIS) of modulators, mixers, multipliers , switches, attenuators, phase shifters, detectors, etc. based on them.

Известен способ создания СВЧ пленарного диода, изготовленного по способу "Меза-Меза" с анодным выводом в виде воздушного моста [1]. Известный способ "Меза-Меза" реализовывался путем формирования на поверхности планарно-легированной (ПЛ) гетроэпитаксиальной структуры (Heterostructure-Barrier) локальной области путем стравливания слоя n-GaAs по маске резиста до расположенного снизу слоя высоколегированного n+-GaAs. Затем, методами фотолитографии создавались окна к n+- GaAs слою. Первое окно U-образной формы формировалось в маске резиста на поверхности слоя n+-GaAs вокруг локальной области n-GaAs, второе окно прямоугольной формы формировалось на слое n+-GaAs напротив локальной области n-GaAs на заданном расстоянии от нее определяющем впоследствии длину воздушного моста lbr. После этого в окнах резистной маски одновременно формировались низкоомные омические контакты (ОК) к слою n+-GaAs с последующим удалением резистной маски и высокотемпературным отжигом. Затем в центре локальной области n- GaAs между выступами U-контакта - катода, на расстоянии ΔxR от края U-образного контакта с использованием методов литографии формировался выпрямляющий барьерный контакт - анод, круглой формы заданного диаметра D. Изоляция анодной и катодной контактных площадок от анода и катода осуществлялась путем травления мезы по маске резиста или диэлектрика в n+-GaAs слое как вокруг прямоугольной контактной площадки (Меза 1), так и вокруг площадки с расположенными на ней барьерным и омическим U-образным контактами (Меза 2), как минимум до полуизолирующего слоя i-GaAs. После формирования меза-изоляции соединение барьерного контакта с расположенной на соседней мезе своей катодной контактной площадкой в виде прямоугольного контакта осуществлялось металлическим воздушным мостом, формируемым с использованием толстослойных резистных масок. Данный способ предполагает образование расширенного контакта (равного, или превышающего его диаметр) в месте соединения барьерного контакта с воздушным мостом. Соединение анода со своей контактной площадкой осуществлялось либо металлическим воздушным мостом, либо металлической шиной, лежащей на поверхности пассивирующего слоя диэлектрика, покрывающего боковые поверхности мезы и поверхность полуизолирующего слоя i-GaAs.A known method of creating a microwave plenary diode, manufactured by the method of "Mesa-Mesa" with an anode output in the form of an air bridge [1]. The well-known "Mesa-Mesa" method was implemented by forming a local region on the surface of a planar-doped (PL) heteroepitaxial structure (Heterostructure-Barrier) by etching the n-GaAs layer along the resist mask to the layer of highly doped n + -GaAs located below. Then, windows to the n + - GaAs layer were created using photolithography methods. The first U-shaped window was formed in the resist mask on the surface of the n + -GaAs layer around the local n-GaAs region; bridge l br . After that, low-resistance ohmic contacts (OC) to the n + -GaAs layer were simultaneously formed in the windows of the resist mask, followed by removal of the resist mask and high-temperature annealing. Then, in the center of the local region of n-GaAs between the protrusions of the U-contact - the cathode, at a distance Δx R from the edge of the U-shaped contact, using lithography methods, a rectifying barrier contact - an anode was formed, a round shape of a given diameter D. Insulation of the anode and cathode contact pads from anode and cathode was carried out by etching the mesa on the mask of the resist or dielectric in the n + -GaAs layer both around the rectangular contact area (Mesa 1) and around the area with barrier and ohmic U-shaped contacts located on it (Mesa 2), at least to the i-GaAs semi-insulating layer. After the formation of the mesa insulation, the connection of the barrier contact with its cathode contact pad located on the adjacent mesa in the form of a rectangular contact was carried out by a metal air bridge formed using thick-layer resistive masks. This method involves the formation of an expanded contact (equal to or greater than its diameter) at the junction of the barrier contact with the air bridge. The anode was connected to its contact pad either by a metal air bridge or by a metal bus lying on the surface of the passivating dielectric layer covering the side surfaces of the mesa and the surface of the i-GaAs semi-insulating layer.

Недостатком известного способа "Меза-Меза" с выводом в виде воздушного моста и расширенным контактом, является необходимость использования при их изготовлении толстослойных резистов обычно превышающих высоту мезы (например, hM>5 мкм), что не совместимо с технологией формирования микронных и субмикронных контактов и приводит по этой причине к формированию расширенного контакта протяженные поля lp≈3-10 мкм шляпки которого, во-первых, формируют паразитную МДП-емкость (МДП - металл-диэлектрик-полупроводник) Cmis, а, во-вторых, не позволяют сократить расстояние ΔxR между анодным и катодным контактами во многом определяющем последовательное сопротивление Rs~Rs(ΔxR) планарной диодной конструкции.A disadvantage of the known "Mesa-Mesa" method with an air bridge output and an extended contact is the need to use thick-layer resists in their manufacture, usually exceeding the mesa height (for example, h M > 5 μm), which is not compatible with the technology of forming micron and submicron contacts and for this reason leads to the formation of an extended contact, the extended fields l p ≈3-10 μm, the caps of which, firstly, form a parasitic MIS capacitance (MIS - metal-insulator-semiconductor) C mis , and, secondly, do not allow to shorten the distance Δx R between the anode and cathode contacts, which largely determines the series resistance R s ~R s (Δx R ) of a planar diode design.

В качестве прототипа рассматривается способ изготовления планарного диода с вискером и анодным выводом в виде воздушного моста, изготовленного по способу "Меза-Подложка" [2]. Рассматриваемый прототип лишен вышеперечисленных недостатков присущих известному способу [1], так как его конструкция и способ изготовления практически исключают возможность появления расширенного контакта и возникновение паразитной емкости Cmis. Кроме этого, способ изготовления прототипа позволяет создавать к анодным контактам микронных и субмикронных размеров воздушные выводы различной толщины dbr, ширины Wbr и длины lbr, а также позволяет значительно сократить расстояние ΔxR между барьерным (анодным) и омическим (катодным) контактами. Данный способ изготовления планарных диодов характеризуется тем, что соединение анода со своей контактной площадкой, лежащей на подложке в параллельной плоскости расположенной ниже плоскости поверхности мезы, осуществляется посредством нависающего над поверхностями обоих уровней воздушного моста через вискер ("Whisker"). Вискер представляет собой металлический острый усеченный конус меньшее основание которого соединено с барьерным контактом, а противоположное ему широкое основание соединено с нависающим над ним концом воздушного моста. Диаметр меньшего основания обычно соизмерим с диаметром барьерного контакта, что предотвращает образование выступающих краев - полей, и предотвращает формирование шляпки расширенного контакта и предотвращает появление паразитной емкости Cmis, а также позволяет сократить расстояние ΔxR между анодным и катодным контактами и значительно уменьшить последовательное сопротивление Rs~Rs(ΔxR) планарной диодной конструкции "Меза-Подложка".As a prototype, a method for manufacturing a planar diode with a whisker and an anode terminal in the form of an air bridge, manufactured by the Mesa-Substrate method [2], is considered. The prototype under consideration is devoid of the above disadvantages inherent in the known method [1], since its design and manufacturing method practically exclude the possibility of an expanded contact and the occurrence of parasitic capacitance C mis . In addition, the prototype manufacturing method allows creating air terminals of various thickness d br , width W br and length l br to anode contacts of micron and submicron sizes, and also allows you to significantly reduce the distance Δx R between the barrier (anode) and ohmic (cathode) contacts. This method of manufacturing planar diodes is characterized by the fact that the connection of the anode with its contact pad lying on the substrate in a parallel plane located below the plane of the mesa surface is carried out by means of an air bridge hanging over the surfaces of both levels through the Whisker. The whisker is a metal sharp truncated cone, the smaller base of which is connected to the barrier contact, and the opposite wide base is connected to the end of the air bridge hanging over it. The diameter of the smaller base is usually commensurate with the diameter of the barrier contact, which prevents the formation of protruding edges - fields, and prevents the formation of an expanded contact cap and prevents the appearance of parasitic capacitance C mis , and also allows to reduce the distance Δx R between the anode and cathode contacts and significantly reduce the series resistance R s ~R s (Δx R ) of a planar diode design "Mesa-substrate".

Способ изготовления диода с вискером "Меза-Подложка", включающий нанесение на поверхность гетероэпитаксиальной структуры диэлектрической пленки толщиной 0.1-0.5 мкм в которой по маске фоторезиста химическим, или физическим травлением до высоколегированного катодного слоя создается окно катодного контакта U-образной формы, формирование в нем металлизации низкоомного омического катодного контакта с последующим удалением резиста, отжигом и гальваническим утолщением, формирование с использованием тонких резистных масок на поверхности активных слоев окна анодного контакта микронного, или субмикронного диаметра D между U-выступами катода, удаление в окне анодного контакта слоя диэлектрика, проведение финишных химических обработок, формирование металлизации анодного контакта, удаление резиста, формирование на анодном контакте металлического вискера высотой hW, представляющего собой перевернутый усеченный металлический конус сечением соединенным с анодным контактом, формирование диэлектрической маски для травления мезы вокруг площадки с расположенными на ней анодом и катодом, травление мезы как минимум до полуизолирующего i-слоя гетероэпитаксиальной структуры, формирование на нем с разных сторон основания мезы анодной и катодной контактных площадок, соединение вискера с анодной контактной площадкой металлическим воздушными мостом толщиной dbr, шириной Wbr и длиной lbr, а катода с катодной контактной площадкой металлическим воздушным мостом или лежащей на поверхности шиной толщиной doc, шириной Woc и длиной loc, гальваническое утолщение анодной и катодной контактных площадок до толщины dc, наклеивание пластины лицом вниз на механический носитель, утонение пластины со стороны полуизолирующей подложки до приблизительно 50 мкм, проведение литографии на просвет и растравливание на отдельные кристаллы, удаление резиста и отклейка кристаллов с механического носителя, отмывка.A method for manufacturing a diode with a "Mesa-Substrate" whisker, which includes applying a dielectric film 0.1-0.5 μm thick to the surface of a heteroepitaxial structure, in which a U-shaped cathode contact window is created by chemical or physical etching to a highly doped cathode layer along the photoresist mask, forming in it metallization of a low-resistance ohmic cathode contact with subsequent removal of the resist, annealing and galvanic thickening, formation of an anode contact window of micron or submicron diameter D between the U-protrusions of the cathode using thin resist masks on the surface of active layers, removal of a dielectric layer in the anode contact window, finishing chemical treatments, the formation of metallization of the anode contact, the removal of the resist, the formation of a metal whisker on the anode contact with a height h W , which is an inverted truncated metal cone with a cross section connected to the anode contact, the formation of a dielectric mask for etching the mesa around the area with the anode and cathode located on it, etching mesa at least to a semi-insulating i-layer of a heteroepitaxial structure, forming anode and cathode contact pads on it from different sides of the mesa base, connecting the whisker to the anode contact pad with a metal air bridge with a thickness d br , a width W br and a length l br , and a cathode with a cathode contact pad with a metal air bridge or a busbar lying on the surface with a thickness d oc , a width W oc and a length l oc , galvanic thickening of the anode and cathode contact pads up to a thickness d c , sticking the plate face down on a mechanical carrier, thinning the plate from the side of the semi-insulating substrate to approximately 50 µm, transmission lithography and etching into individual crystals, removal of the resist and peeling off the crystals from the mechanical carrier, washing.

Недостатком прототипа является то, что анод и катод, а также их контактные площадки расположение в разных плоскостях с достаточно большим (несколько микрон) зазором между ними, что затрудняет согласование такого планарного диода в монолитной интегральной схеме (МИС). Данный нежелательный эффект значительно усиливается с повышением рабочей частоты до миллиметрового частотного диапазона и выше. Этот же недостаток является причиной невозможности осуществлять "Flip chip"- монтаж планарного диода в перевернутом виде при необходимости его использования в гибридных интегральных схемах.The disadvantage of the prototype is that the anode and cathode, as well as their contact pads, are located in different planes with a sufficiently large (several microns) gap between them, which makes it difficult to match such a planar diode in a monolithic integrated circuit (MIS). This undesirable effect is greatly enhanced with an increase in the operating frequency to the millimeter frequency range and above. The same disadvantage is the reason for the impossibility to carry out "Flip chip" - installation of a planar diode upside down if it is necessary to use it in hybrid integrated circuits.

Целью предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков. Поставленная цель достигается за счет того, что в известном способе изготовления диода - прототипе, анод и катод вместе со своими контактными площадками располагаются в одной плоскости. Такой способ изготовления позволяет использовать более тонкие слои резистов для формирования барьерных контактов микронных и наноразмеров, так как формирование меза-изоляции осуществляется после формирования вискера и воздушного вывода - моста. Предлагаемый способ сочетает в себе конструктивные, технологические и функциональные преимущества изготовленных как по известному способу "Меза-Меза" планарных диодов с расширенным контактом и анодным воздушным выводом, так и преимущества прототипа, изготовленного по другой известной технологии "Меза-Подложка" с вискером и анодным воздушным выводом. Данные преимущества обеспечивают более легкое согласование диода в СВЧ тракте, формирование к микронным и нано-контактам надежных выводов, снижают значения паразитных параметров, а также позволяют осуществлять "Flip chip''-монтаж планарного диода с вискером и анодным воздушным выводом в перевернутом виде.The aim of the invention is to eliminate these disadvantages. This goal is achieved due to the fact that in the known method of manufacturing a diode - the prototype, the anode and cathode, together with their contact pads, are located in the same plane. This manufacturing method allows the use of thinner layers of resists to form barrier contacts of micron and nanosizes, since the formation of mesa insulation is carried out after the formation of the whisker and the air outlet - the bridge. The proposed method combines the design, technological and functional advantages of planar diodes with an expanded contact and an anode air terminal made using the well-known Mesa-Mesa method, as well as the advantages of a prototype made using another well-known Mesa-Substrate technology with a whisker and an anode air outlet. These advantages provide easier matching of the diode in the microwave path, the formation of reliable leads to micron and nano-contacts, reduce parasitic parameters, and also allow flip-chip mounting of a planar diode with a whisker and an anode air lead upside down.

Технический результат достигается тем, что в известном способе изготовления диода - прототипе, включающем нанесение на поверхность гетероэпитаксиальной структуры диэлектрической пленки в которой по маске резиста химическим, или физическим травлением как минимум до высоколегированного катодного слоя создаются окна омического контакта U-образной формы - катода, и соосно с ним окно прямоугольной формы для формирования в этой же плоскости анодной контактной площадки, одновременное формирование в обоих окнах методом взрывной литографии, или методами электрохимии металлизации низкоомных омических контактов с последующим отжигом и их гальваническим утолщением, формирование с использованием тонких (<<1 мкм) резистных масок микронного, или субмикронного выпрямляющего барьерного контакта - анода, диаметра D между U-выступами катода, формирование вокруг катода и анодной контактных площадок диэлектрической маски для травления мез, отличающийся тем, что формирование на анодном контакте вискера и воздушного моста с заданными толщиной dbr, длиной lbr, шириной Wbr и высотой hW и соединяющего вискер с анодной контактной площадкой осуществляется перед травлением меза-изоляции, а травление меза-изоляции как минимум до полуизолирующего i-слоя осуществляется по диэлектрической маске под уже под сформированным воздушным мостом. Затем осуществляется гальваническое утолщение анодной и катодной контактных площадок до толщины dc. В завершении технологического процесса пластина наклеивается лицом вниз на механический носитель и утоняется со стороны полуизолирующей подложки до 50 мкм. После проведения литографии на просвет, растравливания на отдельные кристаллы, осуществляется отклейка кристаллов с механического носителя и их отмывка.The technical result is achieved by the fact that in the well-known method of manufacturing a prototype diode, which includes applying a dielectric film to the surface of a heteroepitaxial structure, in which U-shaped ohmic contact windows - the cathode - are created along the resist mask by chemical or physical etching at least to a highly doped cathode layer, and a rectangular window coaxially with it for forming an anode contact pad in the same plane, simultaneous formation in both windows by explosive lithography, or by electrochemical methods of metallization of low-resistance ohmic contacts with subsequent annealing and their galvanic thickening, formation using thin (<<1 μm) resistive masks of a micron or submicron rectifying barrier contact - anode, diameter D between the U-protrusions of the cathode ; , length l br , width W br and height h W and connecting the whisker with the anode contact pad is carried out before the mesa insulation is etched, and the mesa insulation is etched at least to the semi-insulating i-layer using a dielectric mask under the already formed air bridge. Then the galvanic thickening of the anode and cathode pads is carried out to the thickness d c . At the end of the technological process, the plate is glued face down onto a mechanical carrier and thinned from the side of the semi-insulating substrate to 50 µm. After transmission lithography, etching into individual crystals, the crystals are peeled off from the mechanical carrier and washed.

На Фиг. 1 показаны основные ключевые моменты возможного варианта предлагаемого способа изготовления планарного диода с вискером по технологии "Меза-Меза" исключающего недостатки прототипаOn FIG. 1 shows the main key points of a possible variant of the proposed method for manufacturing a planar diode with a whisker using the Mesa-Mesa technology, which eliminates the disadvantages of the prototype

На Фиг. 1а) показана схема поперечного сечения А-А эпитаксиальной полупроводниковой n-n+-структуры, содержащей полуизолирующей i-слой подложки с буферным слоем 1, расположенным на нем эпитаксиальным высоколегированным катодным n+-слоем 2, барьерным n-слоем 3, защитным слоем диэлектрика SiO2 или SiNx 4, фоторезистной маски 5, окон в резисте для формирования катодной 6 и анодной 7 контактных площадок, металлизаций омических контактов (ОК) 8.On FIG. 1a) shows a diagram of the cross-section A-A of an epitaxial semiconductor nn + -structure containing a semi-insulating i-layer substrate with a buffer layer 1 located on it with an epitaxial highly doped cathode n + -layer 2, a barrier n-layer 3, a protective layer of dielectric SiO 2 or SiN x 4, photoresist mask 5, windows in the resist for the formation of cathode 6 and anode 7 pads, metallization of ohmic contacts (OC) 8.

На Фиг. 1б) показана схема поперечного сечения А-А эпитаксиальной n- n+- структуры с со сформированной металлизацией 8 омического контакта катода и такой же металлизацией 8 анодной контактной площадки с гальваническими утолщениями катодной 9 и анодной 10 контактных площадок.On FIG. 1b) shows a cross-sectional diagram A-A of an epitaxial n- n + - structure with a formed metallization 8 of the ohmic contact of the cathode and the same metallization 8 of the anode contact pad with galvanic thickenings of the cathode 9 and anode 10 contact pads.

На Фиг. 1в) показана схема поперечного сечения А-А гетероструктуры после формирования металлизации выпрямляющего барьерного контакта Шоттки (анода) 11 расположенного на расстоянии ΔxR от гальванического утолщения катодной металлизации 9, окна 12 в диэлектрической маске SiO2 или SiNx определяющего латеральные (в плоскости (х,у)) размеры мезы (показано пунктиром) протяженностью ΔxM.On FIG. 1c) shows a cross-sectional diagram of the A-A heterostructure after the formation of the metallization of the Schottky rectifying barrier contact (anode) 11 located at a distance Δx R from the galvanic thickening of the cathode metallization 9, the window 12 in the dielectric mask SiO 2 or SiN x determining the lateral (in the plane (x ,y)) the dimensions of the mesa (shown by the dotted line) with the length Δx M .

На Фиг. 1г) показана схема поперечного сечения А-А гетероструктуры после формирования над металлизацией выпрямляющего контакта вискера 13 высотой hW, формирования воздушного моста 14 толщиной dbr, длиной lbr и шириной Wbr и выступом lp соединяющего верхний расширенный свободный конец вискера 13 с металлизацией анодной контактной площадки 10 и одновременным аналогичным утолщением 14-1 металлизации катодной контактной площадки 9, травления под воздушным мостом мезы глубиной hM по в окне 12 диэлектрической маски как минимум до полуизолирующего i- слоя 1, гальванического утолщения анодной 15 и катодной 16 контактных площадок до заданной толщины dc.On FIG. 1d) shows a cross-sectional diagram of the A-A heterostructure after the formation of a rectifying contact of the whisker 13 with a height h W above the metallization, the formation of an air bridge 14 with a thickness d br , a length l br and a width W br and a protrusion l p connecting the upper expanded free end of the whisker 13 with the metallization anode contact pad 10 and simultaneous similar thickening 14-1 of the metallization of the cathode contact pad 9, etching under the mesa air bridge with a depth of h M along in the window 12 of the dielectric mask at least to a semi-insulating i-layer 1, galvanic thickening of the anode 15 and cathode 16 contact pads up to given thickness d c .

На Фиг. 1д) показана схема вида сверху планарного диода с анодным выводом в виде воздушного моста с вискером в соответствии со способом изготовления "Меза-Меза".On FIG. 1e) shows a diagram of a top view of a planar diode with an anode terminal in the form of an air bridge with a whisker in accordance with the Mesa-Mesa manufacturing method.

Пример. Изготавливали планарные диоды Шоттки с вискерами, выполненные по способу "Меза-Меза" (Фиг. 2) на основе полупроводниковых эпитаксиальных n-n+ InP структур на полуизолирующей подложке i-GaAs{100}, основные технологические этапы изготовления которых показаны на Фиг. 1.Example. Planar Schottky diodes with whiskers were fabricated using the "Mesa-Mesa" method (Fig. 2) based on semiconductor epitaxial nn + InP structures on a semi-insulating i-GaAs {100} substrate, the main manufacturing steps of which are shown in Fig. 1.

Для изготовления планарных диодов Шоттки по технологи "Меза-Меза" с анодным выводом в виде воздушного моста с вискером использовалась эпитаксиальная структура, представляющая собой полуизолирующую подложку арсенида галлия i-GaAs{001} толщиной 450 мкм (Фиг. 1, а, 1) с выращенными на ней методом МОС-гидридной эпитаксии контактным n+-InP слоем толщиной не менее 5 мкм (Фиг. 1, а, 2) и барьерным n-InP слоем фосфида индия толщиной 0.2 мкм (Фиг. 1, а, 3). Концентрация электронов в слое n+-InP составляла 2×1018 см-3, а в слое n-InP - 6×1016 см-3.For the manufacture of planar Schottky diodes using the "Mesa-Mesa" technology with an anode terminal in the form of an air bridge with a whisker, an epitaxial structure was used, which is a semi-insulating substrate of gallium arsenide i-GaAs {001} 450 μm thick (Fig. 1, a, 1) with grown on it by MOS-hydride epitaxy with a contact n + -InP layer with a thickness of at least 5 μm (Fig. 1, a, 2) and a barrier n-InP layer of indium phosphide with a thickness of 0.2 μm (Fig. 1, a, 3). The electron concentration in the n + -InP layer was 2×10 18 cm -3 , and in the n-InP layer - 6×10 16 cm -3 .

По способу "Меза-Меза" технологический маршрут изготовления диодов Шоттки с анодным выводом в виде воздушного моста с вискером включал в себя следующий набор технологических операций: нанесение на поверхность барьерного слоя n-InP (Фиг. 1, а, 3) диэлектрической пленки SiO2 толщиной d=0.2 мкм (Фиг. 1, а, 4), формирование на пленки SiO2 маски резиста (Фиг. 1, а, 5) с окном определяющим место расположение катодного контакта (Фиг. 1, а, 6), отличающийся тем, что одновременно с окном (Фиг. 1, а, 6) в маске резиста формировалось другое окно определяющее расположение анодной контактной площадки (Фиг. 1, а, 7), в которых по маске резиста химическим травлением как минимум до высоколегированного катодного слоя n+-InP одновременно создавались окно катодного контакта U-образной формы и анодной контактной площадки прямоугольной формы, формирование в них методом взрывной литографии металлизаций низкоомных омических контактов на основе сплава AuGeNi толщиной 0.15 мкм и Au толщиной 0.3 мкм (Фиг. 1, а, 8) с последующим отжигом в атмосфере водорода при температуре 400°С и гальваническим утолщением золотом толщиной 0.5 мкм катода (Фиг. 1, 6, 9) и анодной контактной площадки (Фиг. 1, 6, 10), формирование анодного контакта Шоттки диаметром D=2 мкм к барьерному слою n-InP в окне диэлектрической маски между U-выступами катода на расстоянии ΔxR=5 мкм путем электрохимического осаждения металлизации палладия Pd толщиной 0.1 мкм и Au толщиной 0.2 мкм (Фиг. 1, в, 11), формирование вокруг контактных площадок окон в маске диэлектрика для формирования мезоизоляции (Фиг. 1, в, 12), формирование на анодном контакте вискера (Фиг. 1, г, 13) высотой hW=2 мкм, формирование электрического соединения свободного расширенного конца вискера с анодной контактной площадкой золотым воздушным мостом толщиной 3 мкм, длиной lbr=150 мкм и шириной Wbr=21 мкм (Фиг. 1, в, 14) с одновременным утолщением катодной контактной площадки (Фиг. 1, в, 14-1), отличающийся тем, что формирование мезоизоляции путем химического травления мезы на глубину hM=6 мкм по диэлектрической маске SiO2 осуществлялось под воздушным мостом (Фиг. 1, г, 14). После этого осуществлялось гальваническое утолщение анодной (Фиг. 1, г, 15) и катодной (Фиг. 1, г, 16) контактных площадок на dc=3 мкм, наклеивание пластины лицом вниз на механический носитель, ее утонение со стороны полуизолирующей подложки до 50 мкм, проведение литографии на просвет и растравливание на отдельные кристаллы, удаление резиста и отклейка кристаллов с механического носителя, отмывка.According to the "Mesa-Mesa" method, the technological route for manufacturing Schottky diodes with an anode terminal in the form of an air bridge with a whisker included the following set of technological operations: deposition of a SiO 2 dielectric film on the surface of the n-InP barrier layer (Fig. 1, a, 3) thickness d=0.2 μm (Fig. 1, a, 4), the formation of a resist mask on the SiO 2 film (Fig. 1, a, 5) with a window that determines the location of the cathode contact (Fig. 1, a, 6), which differs in that that simultaneously with the window (Fig. 1, a, 6) another window was formed in the resist mask, which determines the location of the anode contact pad (Fig. 1, a, 7), in which the resist mask was chemically etched at least up to the highly alloyed cathode layer n + -InP, a U-shaped cathode contact window and a rectangular anode contact area were simultaneously created, the formation of metallizations of low-resistance ohmic contacts based on an AuGeNi alloy 0.15 µm thick and Au 0.3 µm thick by explosive lithography (Fig. 1, a, 8) with subsequent annealing in a hydrogen atmosphere at a temperature of 400°C and galvanic thickening of the cathode with gold 0.5 µm thick (Fig. 1, 6, 9) and the anode contact pad (Fig. 1, 6, 10), the formation of an anode Schottky contact with a diameter of D=2 μm to the n-InP barrier layer in the window of the dielectric mask between the U-protrusions of the cathode at a distance of Δx R =5 µm by electrochemical deposition of palladium 0.1 µm thick Pd and 0.2 µm thick Au metallization (Fig. 1, c, 11), formation of windows around the contact pads in the dielectric mask to form mesoinsulation (Fig. 1, c, 12), formation on the anode contact whisker (Fig. 1, d, 13) with a height h W =2 μm, the formation of an electrical connection of the free expanded end of the whisker with the anode contact pad with a gold air bridge 3 μm thick, l br =150 μm long and W br =21 μm wide (Fig. 1, c, 14) with a simultaneous thickening of the cathode contact pad (Fig. 1, c, 14-1), characterized in that the formation of meso-insulation by chemical etching of the mesa to a depth of h M = 6 μm on a SiO 2 dielectric mask was carried out under air bridge (Fig. 1, d, 14). After that, the galvanic thickening of the anode (Fig. 1, d, 15) and cathode (Fig. 1, d, 16) pads was carried out by d c =3 μm, the plate was glued face down on the mechanical carrier, and its thinning from the side of the semi-insulating substrate to 50 µm, transmission lithography and etching into individual crystals, removal of the resist and peeling off the crystals from the mechanical carrier, washing.

Таким образом, была достигнута поставленная цель и в результате были получены планарные InP/GaAs диоды Шоттки с вискерами и анодными выводами в виде воздушных мостов выполненные по технологии "Меза-Меза" (Фиг. 2).Thus, the goal was achieved and, as a result, planar InP/GaAs Schottky diodes with whiskers and anode leads in the form of air bridges were obtained, made using the Mesa-Mesa technology (Fig. 2).

Преимущество предлагаемого способа изготовления диода с анодным выводом в виде воздушного моста с вискером к анодному контакту по способу "Меза-Меза" заключается в том, что анодные и катодные контактные площадки располагаются в одной плоскости с анодным контактом. Такой способ изготовления позволяет использовать более тонкие слои резистов для формирования барьерных контактов микронных и наноразмеров, так как формирование меза-изоляции осуществляется после формирования вискера и воздушного вывода. Предлагаемый способ сочетает в себе конструктивные, технологические и функциональные преимущества изготовленных как по известному способу "Меза-Меза" планарных диодов с расширенным контактом и анодным воздушным выводом [1], так и преимущества прототипа, изготовленного по другой известной технологии "Меза-Подложка" с вискером и анодным воздушным выводом [2]. Данные преимущества обеспечивают более легкое согласование диода в СВЧ тракте, формирование к микронным и нано-контактам надежных выводов, снижают значения паразитных параметров, а также позволяют осуществлять "Flip chip''-монтаж планарного диода с вискером и анодным воздушным выводом в перевернутом виде.The advantage of the proposed method for manufacturing a diode with an anode terminal in the form of an air bridge with a whisker to the anode contact according to the Mesa-Mesa method is that the anode and cathode contact pads are located in the same plane as the anode contact. This manufacturing method allows the use of thinner layers of resists to form barrier contacts of micron and nanosizes, since the formation of mesa insulation is carried out after the formation of the whisker and air outlet. The proposed method combines the design, technological and functional advantages of planar diodes with an extended contact and an anode air lead made using the well-known Mesa-Mesa method [1] and the advantages of a prototype made using another well-known Mesa-Substrate technology with whisker and anode air outlet [2]. These advantages provide easier matching of the diode in the microwave path, the formation of reliable leads to micron and nano-contacts, reduce parasitic parameters, and also allow flip-chip mounting of a planar diode with a whisker and an anode air lead upside down.

Источники информации:Information sources:

[1]. B. Thomas, P. Landry, A. Maestrini, G. Beaudin. HBV DIODE MULTIPLIER DEVELOPMENTS FOR THZ APPLICATIONS. https://hal.archives-ouvertes.fr/tel-00392239/file/Annexe_D_These_HBV_report.pdf[1]. B. Thomas, P. Landry, A. Maestrini, G. Beaudin. HBV DIODE MULTIPLIER DEVELOPMENTS FOR THZ APPLICATIONS. https://hal.archives-ouvertes.fr/tel-00392239/file/Annexe_D_These_HBV_report.pdf

[2]. Торхов H.A. Способ изготовления диода с вискером терагерцового диапазона. Патент №2635853 от 16.11.2017 г., заявка №2016102531 от 26.01.2016 г.[2]. Torkhov H.A. A method for manufacturing a diode with a terahertz whisker. Patent No. 2635853 dated November 16, 2017, application No. 2016102531 dated January 26, 2016

Claims (1)

Способ изготовления планарного диода с анодным вискером и воздушным выводом по технологии "Меза-Меза", включающий нанесение на поверхность n- или р-слоя гетероэпитаксиальной n-n+- или р-р+-структуры диэлектрической пленки, в которой по маске резиста химическим или физическим травлением как минимум до высоколегированного катодного n+- или р+-слоя создается окно катодного контакта заданной формы и на определенном расстоянии от него в той же плоскости создается другое окно заданной формы для формирования анодной контактной площадки, одновременное формирование в обоих окнах методом взрывной литографии или методами электрохимии металлизации низкоомных омических контактов с последующим отжигом, формирование анодного контакта микронного или субмикронного размера, формирование диэлектрической маски для травления мезы, отличающийся тем, что формирование на анодном контакте вискера и воздушного моста заданных толщины, длины, ширины и высоты осуществляется перед травлением мезаизоляции, а травление мезаизоляции осуществляется под сформированным воздушным мостом, соединяющим вискер с анодной контактной площадкой.A method for manufacturing a planar diode with an anode whisker and an air output using the Mesa-Mesa technology, which includes applying a heteroepitaxial nn + - or p-p + -structure of a dielectric film to the surface of an n- or p-layer, in which the resist mask is chemically or physically by etching at least to a highly alloyed cathode n + - or p + -layer, a cathode contact window of a given shape is created and at a certain distance from it in the same plane another window of a given shape is created to form an anode contact pad, simultaneous formation in both windows by explosive lithography or methods of electrochemistry of metallization of low-resistance ohmic contacts with subsequent annealing, the formation of an anode contact of a micron or submicron size, the formation of a dielectric mask for mesa etching, characterized in that the formation of a whisker and an air bridge of a given thickness, length, width and height on the anode contact is carried out before etching the mesa insulation, and the etching of the mesa insulation is carried out under the formed air bridge connecting the whisker with the anode pad.
RU2022125584A 2022-09-29 Method for manufacturing planar diode with anode whisker and air lead using “mesa-mesa” technology RU2797136C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2797136C1 true RU2797136C1 (en) 2023-05-31

Family

ID=

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019062245A (en) * 2019-01-29 2019-04-18 ローム株式会社 Semiconductor device
RU2703931C1 (en) * 2019-04-15 2019-10-22 Закрытое акционерное общество "ГРУППА КРЕМНИЙ ЭЛ" Method of producing schottky silicon diodes

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019062245A (en) * 2019-01-29 2019-04-18 ローム株式会社 Semiconductor device
RU2703931C1 (en) * 2019-04-15 2019-10-22 Закрытое акционерное общество "ГРУППА КРЕМНИЙ ЭЛ" Method of producing schottky silicon diodes

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6894362B2 (en) Method and apparatus for a self-aligned heterojunction bipolar transistor using dielectric assisted metal liftoff process
US4339870A (en) Series-connected two-terminal semiconductor devices and their fabrication
US4189342A (en) Semiconductor device comprising projecting contact layers
US4262296A (en) Vertical field effect transistor with improved gate and channel structure
US5347149A (en) Integrated circuit and method
US4343015A (en) Vertical channel field effect transistor
GB2151079A (en) Semiconductor device structures
US5155561A (en) Permeable base transistor having an electrode configuration for heat dissipation
US5804847A (en) Backside illuminated FET optical receiver with gallium arsenide species
US5145809A (en) Fabrication of gunn diode semiconductor devices
US3896479A (en) Reduced stresses in iii-v semiconductor devices
EP1291923B1 (en) Heterojunction bipolar transistor and production process therefore
JPH0640591B2 (en) Monolithic semiconductor structure and its manufacturing method.
US4745446A (en) Photodetector and amplifier integration
RU2797136C1 (en) Method for manufacturing planar diode with anode whisker and air lead using “mesa-mesa” technology
US4855796A (en) Beam lead mixer diode
US3981073A (en) Lateral semiconductive device and method of making same
US4661836A (en) Fabricating integrated circuits
US4238763A (en) Solid state microwave devices with small active contact and large passive contact
US3170067A (en) Semiconductor wafer having photosensitive junction
RU2635853C2 (en) Method of manufacturing diode with terahertz range whisker
US3836988A (en) Semiconductor devices
US5512776A (en) Interdigitated IMPATT devices
US5144413A (en) Semiconductor structures and manufacturing methods
JPH01503423A (en) 2 terminal semiconductor diode device