Главная Промышленная автоматика.

состоит в том, чтобы описать планарную технологию на основе GaAs, которая объединяет процессы получения улучшенных планарных элементов и многоуровневых структур соединений с современными технологическими методами БИС, включая многократную локальную ионную имплантацию, фотолитографию с большим разрешением, плазменное травление, ионное травление и реактивное ионное травление.

17.3.1. МЕТОДЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ, ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИЕМЫ И СТРУКТУРЫ ЭЛЕМЕНТОВ

Развитие технологии ионной имплантации в GaAs дало возможность понять, что новые технологические методы неприемлемы при ограничениях, присущих эпитаксиальным слоям. Успехи им1шантации были связаны с тем, что быстрое развитие БИС на Si было существенно облегчено планарной технологией с ионной имплантацией и диэлектрическим пассивированием. При этом предполагалось, что такие же усовершенствования технологии на основе GaAs ускорили бы развитие БИС и СБИС, На рис. 17.3 схематично представлен разрез планарной ИС, характеризующий технологический процесс фирмы Rockwell. Планарные ИС изготавливаются в результате использования многократной локальной ионной имплантации непосредственно в полуизолирующую подложку GaAs. Поэтому каждый прибор может быть оптимизирован в результате осуществления различных способов имплантаций. При этом неимплантированиая подложка GaAs обеспечивает изоляцию между соседними элементами. Эта технология пригодна для изготовления ИС на ПТШ с ДШ, так как для этого необходимо, чтобы ПТШ и ДШ имели различно имплантированные активные слои. Результат реализации такого технологического процесса показан на рис. 17.3 и достигается получением и+-ооласти шириной 1 мкм между затворами шириной 1 мкм двухзатворного ПТШ для снижения удельного сопротивления канала

Второй уровень соединений

Дизпектри-ческийслой

Второй уровень Отверстие В перйом Ппанарное изоляции уровне соединений пересечение


Диод Шотки

Металл первого уровня соединений

Рис. 17.3. Поперечное сечение ИС на Ga.4s; показаны двухзатворный полевой транзистор, диод и соединетшя



между затворами. Другим важным аспектом такого метода является использование диэлектрических материалов. Области диэлектрика, показанные на рис. 17.3, необходимы для отжига после имплантации. Они защищают поверхность GaAs во время технологического процесса и пассивируют ее. Кроме того, этот метод допускает любое число этапов имплантации. Поэтому такая технология позволяет в принципе ползать на одном и том же кристалле элементы смешанного типа, такие как ПТ с обеднением и обогащением.

При изготовлении ИС на GaAs, приведенной на рис. 17.3, используется много современных технологических методов. Поскольку ИС на GaAs разрабатываются с предельными размерами около 1 мкм, то была разработана технология изготовления БИС и СБИС без жидкой химической обработки. Технология такой химической обработки используется во взрывной фотолитографии.

В табл. 17.2обобщены основные технологические методы изготовления ИС. Приведенные технологические методы являются неэпитаксиальными и обеспечиваются многократной локальной имплантацией в полупроводниковую структуру. При этом автоматически получаются изолированные не-имплантированные области в высококачественных полуизолирующих подложках GaAs. Использование любого числа локализированных имплантантов Se, S или Si или их комбинаций обеспечивает гибкость техноло-

Таблица 17.2, Технологические методы изготовления плаиарных ИС на GaAs

Процесс

Изготовление активных слоев Изоляция

Получение диэлектрических слоев: 1-го уровня

2-го уровня

Металлизация: омические контакты

1 -й уровень

2-й уровень Формирование топологии на резисте

Мультипликация рисунка

Материал

Легированный Se, S, Si

Полуизонирующая GaAs подложка

SiOj,Si3N4

Нитрид кремния

AuGe-Pt Ti-Pt-Au Ti-Au

Позитивный резист

Диэлектрики

Металл

Метод

Локальная имплантация

Изготовление планарной структуры

Высокочастотное двухэлект-родное вакуумное ионное рас-пьшение

Плазменное химическое осаждение из паровой фазы Электронно-лучевое испарение

Магнетронное распьпенис

Проекционнэл фотолитография с четырехкратным увеличением Реактивное ионное гравление в плазме

Обратное ионное травление по диэлектр}1Чсско.му слою

13 6517



гического процесса при оптимизации различных БИС. Для всех диэлектриков и металлов используется стандартный метод осаждения, включая высокочастотное и магнетронное распыление, электронно-лучевое напыление и улучшены плазменные методы осаждения из паровой фазы. Для оптимизации определенных этапов технологического процесса выбираются подходящие методы осаждения.

Формирование рисунка на фоторезисте совершенствуется использованием улучшенной проекционной фотолитографии, позволяющей получить на фоторезисте бездефектный рисунок с микрометровым разрешением. Мультипликация рисунка вьшолняется без какого-либо химического травления. Фирма Rockwell разработала специально для GaAs ИС уникальный процесс формирования рисунка с высоким выходом годных структур. Этот технологический процесс включает плазменное травление с промежуточными операциями взрывной фотолитографии, что обеспечивает очень высокий процент выхода годных структур с самосовмещенными слоями металл-диэлектрик. Второй уровень металлических соединений формируется методом сухого ионного травления. Полученные планарные структуры наилучшим образом используются в сложных многоуровневых GaAs ИС.

На рис. 17.4 приведена планарная структура ПТШ фирмы Rockwell с двухкратной имплантацией и диэлектрической пассивацией в сравнении с типовой мезаструктурой ПТШ с однократной имплантацией [10, И]. Планарный ПТШ изготавливается с помощью двух этапов имплантаций: неглубокой с малым уровнем легирования «~, формирующей область канала, и глубокой с уровнем легирования и+, формирующей области стока и истока. Такое проектирование уменьшает последовательные сопротивления стока и истока путем эффективного уменьшения высокоомного зазора канала между затвором и сто-Затвор длиной область ком (истоком) и облегчает

изготовление омических контактов. При этом получены отличные характеристики транзисторов без использования методов углубления эатвора (рис. 17.46).

!МКМ

Доэлектрик \ Исток \

одеднения


Углубленный затвор

Исток

Область обеднения


Рис. 17.4. Сравнение планарного ПТШ на GaAs фирмы Rockwell, изготовленного методом Локальной ионной имплантации (д), с ПТШ с утопленным затвором, изготовленным на слое равномерной толщины (б)





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 [129] 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165

0.0037