Главная Промышленная автоматика.

Наиболее простая альтернатива методам, которые разработала фирма Rockwell, состоит в использовании одного сверхтонкого слабо легированного слоя. Однако такие структуры ПТШ обладают плохими рабочими характеристиками из-за высоких последовательных сопротивлений, обусловленных высоким поверхностным сопротивлением (примерно 2000 Ом/п) канала между контактами затвора и стока (истока). Наиболее часто используемое компромиссное решение, которое приводит к уменьшению воздействия высокого последовательного сопротивления, состоит в применении более глубокой имплантадии и метода утлубления затвора Шотки путем химического травления или анодирования. Этот метод может обеспечить хорошие параметры ПТШ, но при создании БИС и СБИС возникает очень серьезный вопрос об однородности характеристик, контроле параметров и выходе годных структур. Например, трудности, возникшие при получении достаточной однородности характеристик элемента, в которых используются имплантированные слои с углуб)тенным затвором для ПТ с обогащением, привели к исследованию новых ИС (удовлетворяющих меньшим требованиям к однородности), таких как на нормально закрытых ПТШ. Может оказаться, что технология ПТ с обогащением или обеднением при углубленном затворе не будет обеспечивать высокий процент выхода годных структур, необходимых для БИС и СБИС.

Важной особенностью планарной технологии фирмы Rockwell является использование диэлектрика в качестве неотъемлемого элемента структуры ИС. Диэлектрик необходим для высокотемпературного отжига после имплантации и для защиты поверхности GaAs во время последующих технологических операций. Этот герметизирующий слой, который остается на критичной поверхности канала ПТШ между контактами затвора и стока-истока, положительно влияет на характеристики элемента (уменьшение петли гистерезиса и чувствительности к свету, отсутствие эффектов "запаздывания" тока). Оказывается, что эти эффекты, наблюдаемые в непассивированных приборах, связаны с воздействием на непассивированную поверхность GaAs многочисленных технологических операций. Диэлектрическая структура в планарных ПТШ позволяет этим элементам противостоять электрическим

Рис. 17.5. Вольт-амперные характеристики планарного GaAs ПТШ, подтверждающие его превосходные свойства в сильных полях. Обычно для цифровых ИС


2 4 Типичное значение i/gn

10 и„,Б



ПОЛЯМ высокой напряженности без преждевременного пробоя. Это показано на рис. 17.5, на котором приведены ВАХ планарного ПТШ при большой напряженности электрического поля. Прямое смещение указанных ПТШ осуществляется напряжением от +0,6 В (обогащение) до -1,4 В (обеднение) при напряжении на стоке 12В (в отличие от ИС, где это напряжение равно 2,5 В). Такие HTlU работали без пробоев до напряжения 20 В. Эти данные показывают, что ПТШ, изготовленные по данной технологии, очень устойчивы и не выходят быстро из строя при неблагоприятных условиях (т.е. при переходных процессах в сети питания). Такая характеристика электрической прочности является результатом более сильного легирования-под омическими контактами, использования ионно-имплантированных слоев (а не эпитаксиальных) и защиты поверхности канала, которая обеспечивается диэлектриком между электродами затвора и стока (истока). Эти особенности приводят к увеличению надежности приборов и, по-видимому, повысят выход годных БИС.

17.3.2. ПРОЦЕСС МНОГОКРАТНОЙ ИОННОЙ ИМПЛАНТАЦИИ

В настоящее время процесс ионной имплантации является разработанным для ИС, а также для многих дискретных элементов на GaAs. Оказывается, однако, что до сих пор многие разработчики используют мезатехноло-гию с одной кратной имплантацией. Так как мезаструктуры легко изготавливаются с помощью одной кратной имплантации, этот метод, естественно, ограничивает оптимизацию элементов и схем. Возможности ионной имплантации бьши опробованы в этой работе в результате развития технологии многократной имплантации, идеально подходящей для ИС на ПТШ и ДШ, которая требует оптимизации активных слоев каждого элемента (ПТШ и ДШ) конструктивными методами.

Этапы технологического процесса, используемые в этой работе, иллюстрируются на рис. 17.6. Первоначально GaAs покрывается тонким слоем 81зЫ4, который остается на подложке в течение всех последующих технологических этапов. Первый этап заключается в проведении двух этапов локальной имплантации, выполняемых через тонкий слой 81зЫ4. Толстый фоторезист используется в качестве маски. Следующим шагом после каждого этапа имплантации служит плазменное травление неглубокой ступеньки в 81зЫ4 для регистрации областей легирования. Затем для последующего отжига на ранее имеющийся диэлектрик наносится дополнительный диэлектрик (ЗЮг) . Этот диэлектрик, использованный при отжиге, выполняет функцию промежуточного слоя для взрывной фотолитографии при формировании первого уровня металлических соединений (будет обсуждено далее).

Обычно эта планарная технология включает два последовательных этапа-имплантации. Однако технологический процесс может содержать любое число этапов имплантации, необходимых для оптимизации каждого элемента. В качестве примера может быть приведена дополнительная имплантация большой дозы примеси («+"") для сильного увеличения уровня леги-



Изолятор Фоторезист

Полуизолирующий щ щ

Многослойный диэлектрик

Контакт Au-Ge-Pt Изолятор

Затвор 1\-Pt-Ли барьерШатки Соединение

Второй Уровень металлизации

Изолятор


Рис. 17.6. Последовательность изготовления GaAs планарной логической ИС на ПТШ

сДШ:

а - напыление изолятора и формирование маски для «--имплантации; б - «"-имплан-тация; в - герметизация и отжиг; г - металлизация омического контакта; д - формирование барьера Шотки и металлизации соединений; е - второй слой металлизации





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

0.0041