Главная Промышленная автоматика.

Рис. 17.10. Гистограмма напряжений отсечки

тестовых ПТШ:

а - ПТШ, равномерно распределенные по

всей площади подложки (широкая область

>10 ЛЭ), =1,243 В, (7J/ =94мВ

зи ОТС „.ре

(7,5%), Af=71/72; 5-81 ПТШ, размещены

на небольшом участке (300X300 мкм -

узкая область 50 ЛЭ),

ajj =Ъ1 мВ (3,3 < зи отс

эиотс = 112В;

),Af=81/81


чего зависят параметры элементов. Лтог слой непосредственно определяет напряжение отсечки f/j.., которое яв-;гяется основным параметром при оптимизации работы переключения ЛЭ.

Об отличной однородности активного слоя и управления планарным технологическим процессом свидетельствуют гистограммы типичных распределений Циотс планарных GaAs ПТШ, изготовленных с помощью двух этапов имплантаций и диэлектрической пассивации (рис. 17.10). Больщое распределение величины t/зиотс транзистора, взятых из полного на-

бора пластин, характеризуется величиной .j = - 1,24 В и средним квад-ратическим отклонением 94 мВ. Площадь, охваченная этим распределением величины зиохс перекрывает площадь, необходимую для 10 ЛЭ на ПТШ и ДШ Статистическое распределение, охватывающее 81 транзистор, которые расположены на эквивалентной площади, т1еобходимой для пятидесяти ЛЭ, дае! среднее квадратическое отклонение 37 мВ, Следует подчеркнут, что >т! данные не являются лучшими. Среднее квадратическое отклонение менее 41,5 мВ было получено на всей пластине, а значение менее 23 мВ - для малой 15ыборки [14]. Эта отличная однородность параметров элементов отражает современное состояние в области технологии, методов имплантации и качества используемого материала GaAs.

17.3.3. ПРОЦЕСС ЛИТОГРАФИИ

Литография цепей первого уровня (см. рис. 17.6) относится к наиболее критичным этапам изготовления планарной ИС. Поскольку дпя достижения быстродействия GaAs ИС проектируются с размерами около 1 мкм, то был разработан сухой процесс формирования рисунка, обеспечивающий очень высокий уровень выхода годных структур БИС и СБИС.

Следующее описание показывает этапы литографии цепей первого уровня для установления границ омических контактов, барьеров Шотки, затворов и соединений первого уровня. При выполнении технологического процес-





Рис. 17.11. Микрофотография топологий двух затворов длиной 1 мкм, сформированных на фоторезисте проекционной фотолитографией

са поверхность пластины GaAs покрывается диэлектриком. Затем через окна в диэлектрике осаждается слой металла омических контактов и диода Шотки. Этот процесс существенно отличается от процесса изготовления СВЧ ПТШ на GaAs с использованием мезаструктур и очень похож на процесс изготовления ИС на Si. Для контактов ПТШ, активных нагрузок и ДШ осуществляется металлизация Au-Ge-Pt или Au-Ge-Ni, в то время как для барьеров Шотки, затворов и соединений первого уровня - металлизация Ti-Au или Ti-Pt-Au. Имеются определенные достижения в изучении надежности использования Ti-Au в сравнении с Ti-Pt-Au и Au-Ge-Pt в сравнении с Au-Ge-Ni. Схемы изготавливают методом формирования желаемого рисунка в фоторезисте и плазменного травления диэлектрика Si3N4-Si02, находящегося на поверхности GaAs. Соответствующий металлический контакт или слой соединения, таким образом, испаряется и схема формируется в результате использования метода взрывной фотолитографии. Этот метод приводит к получению первого металлизационного слоя, который точно самосовмещен в пределах диэлектрического окна.

Общим требованием для всех этапов технологического процесса является формирование рисунков тонких линий фоторезиста, которые необходимы для изготовления GaAs ИС. В 1977 г. производство ИС завершалось использованием масок для проекционной фотолитографии в установке совмещения и экспонирования Canon FPA 141 4Х.

При современном акценте на БИС отрасль промышленности Si ИС также освоила этот современный метод фотолитографии на установке типа 10Х в системе прямого последовательного шагового экспонирования на подложке. Редуцирование изображения при проекционной фотолитографии имеет некоторые преимущества, так как не существует масок, которые бы не изнашивались при контактной печати; в любой маске ошибка при последовательной шаговой мультипликации или небольшие дефекты на маске на уровне пластины уменьшаются практически в 4 раза; совмещение обычно осуществляется с точностью в пределах 0,5 мкм.



Примером разрешающей способности 1 мкм этого метода фотолитографии служит фотография на рис. 17.11, вьшолненная с помощью сканирующего электронного микроскопа. По существу, как видно из поперечного сечения, боковые стенки фоторезиста относительно вертикальны и разрешение отличное, что является результатом использования метода фотолитографии.

Хотя рис. 17.11 демонстрирует отлично сформированные рельефы фоторезиста, рассмотрение процесса на практике доказывает, что следует учитьшать изменение разрешения фоторезиста и остроту его края по поверхности пластины. Это очень сильно зависит от плоскостности подложки, изменения толщины фоторезиста, локальной топологии цепи для различных методов фотолитографии.

Обычно мультиплицирование геометрических размеров около 1 мкм выполнялось с использованием методов прямой взрьшной фотолитографии. При непосредственном снятии фоторезиста для формирования рисунков по металлу абсолютно необходим вертикальный профиль фоторезиста с большой остротой края. Однако на практике такая острота края трудно достижима при воспроизведении методом редуцирования в проекционной фотолитографии или другими фотолитографическими методами при уровне разрешения 1 мкм. Это связано с тем, что вариации процессов экспозиции и проявления при малой глубине фокусировки, необходимой для этого метода фотолитографии (±1,5 мкм), несовместимы с возможностью поддерживать плоскостность лучше ±1,5 мкм. Тем не менее были разработаны улучшенные методы взрывной фотолитографии, позволившие достичь высокого уровня выхода годных структур [И].

В технологическом процессе, описанном здесь, можно использовать диэлектрическое покрытие подложки в качестве промежуточного слоя для взрывной фотолитографии. Схематически последовательность нанесения слоев таким методом показана на рис. 17.12 (слева) в сравнении со стандартным процессом непосредственной взрывной фотолитографии (справа). Метод промежуточной фотолитографии с использованием диэлектрика является легко вьтолнимым и обеспечивает хорошую воспроизводимость. Он снимает два основных ограничения, свойственных методу непосредственной взрывной фотолитографии: необходимость использования тонких металлических пленок (примерно 500 нм) и необходимость использования сильных растворителей фоторезиста и его механическое перемешивание, что приводит к крайне низкому выходу годных структур. Результирующий профиль металла, полученный при использовании метода непосредственной взрывной фотолитографии, является очень грубым, что показано справа на рис. 17.12. Объяснение того, почему получена эта плохо обработанная структура с низким выходом годных структур, заключается в следующем: в течение процесса испарения металла он осаждается на подложку GaAs, заполняет боковую сторону стенки фоторезиста и во многих случаях (без специальных методов профилирования фоторезиста) начинает соединяться с металлом, осажденным на верхнюю поверхность фоторезиста (это видно на рис. 17.12 справа). Поэтому необходимы толстые металлические пленки





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

0.0039