Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Технология приборостроения

Диссертационная работа:

Великовский Илья Эдуардович. Исследование и разработка технологического процесса изготовления субмикронных затворов гетероструктурных СВЧ транзисторов методом контактной фотолитографии : диссертация ... кандидата технических наук : 05.11.14 / Великовский Илья Эдуардович; [Место защиты: Моск. гос. ун-т приборостроения и информатики].- Москва, 2009.- 165 с.: ил. РГБ ОД, 61 09-5/2673

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение 6

Глава 1 Современные материалы и приборы СВЧ
диапазона и области их применения 13

1.1 Общие характеристики и понятие приборы СВЧ

диапазона 13

1.1.1 Конструкция типичного СВЧ транзистора и
принципы его работы 13

1.1.2 Основные СВЧ характеристики транзистора 19

1.2 Конструкции различных приборов СВЧ диапазона 23

  1. МДП транзисторы 23

  2. Полевые транзисторы с затвором Шоттки 25

  3. Изоморфные транзисторы с двумерным

электронным газом 26

  1. Псевдоморфные транзисторы с двумерным электронным газом и односторонним легированием 27

  2. Псевдоморфные транзисторы с двумерным электронным газом и двухсторонним легированием 29

1.2.6 Метаморфные транзисторы с двумерным
электронным газом на подложках GaAs и транзисторы на
подложках ІпР 30

  1. Метаморфные гетероструктуры на подложке GaAs 31

  2. Транзисторы на нитриде галлия с поляризационно-наведенным каналом 32

  3. Сравнение мощностных и высокочастотных характеристик СВЧ транзисторов 33

1.3 Выводы 36
Глава 2 Современные методы формирования затвора и

контактной группы СВЧ транзисторов 39

2.1 Гетероструктурная технология формирования СВЧ-
приборов 39

2.1.2 Особенности технологического процесса
изготовления транзисторов 40

2.2 Сравнительный анализ существующих
литографических систем и их применимости для изготовления
затворов транзисторов 40

  1. Электронно-лучевая литография 43

  2. Проекционная литография 45

  3. Импринтная литография 49

  4. Рентгеновская литография 50

  5. Ионно-лучевая литография 52

  6. Контактная фотолитография 53

2.3 Классификация основных схем технологических
маршрутов изготовления субмикронных затворов транзисторов 55

2.3.1 Изготовление субмикронного затвора
прямоугольной формы, с использованием двухслойной
резистивной маски 55

  1. Использование трехслойной резистивной маски 56

  2. Альтернативные методы формирования затвора 58

2.3.4 Изготовление субмикронного затвора
грибообразной формы 60

  1. Изготовление затвора грибообразной формы с использованием двухслойной резистивной маски 62

  2. Процесс изготовления грибообразного затвора с использованием трехслойной резистивной маски - одна литография. 64

  3. Процесс изготовления грибообразного затвора с использованием многослойной резистивной маски 65

2.3.8 Методы изготовления затвора грибообразной
формы с использованием нескольких литографий с
многослойными резистивными масками 67

2.3.9 Косвенные методы формирования затвора 68
2.4. Выводы 70
Глава 3 Технологический процесс контактной

фотолитографии с использованием двухслойной резистивной
маски. Выбор материалов и оборудования использованного в
работе. 75

  1. Обработка подложек перед нанесением фоторезиста 75

  2. Нанесение резиста 82

  3. Сушкарезиста 87

  4. Совмещение и экспонирование резистов 96

  5. Проявление резистов 99

  6. Вакуумное напыление 103

  7. Допроявление пластин 105

  8. Операция «взрыва» 107

  9. Контроль в УФ микроскопе 107 ЗЛО Анализ материалов, используемых в

технологическом процессе контактной фотолитографии в
глубоком ультрафиолете с использованием двухслойной
системы резистов 108

  1. Выбор резиста для верхнего слоя маски 109

  2. Выбор резиста для нижнего слоя маски 112 3.11 Выводы 115 Глава 4 Экспериментальные исследования получения

субмикронных затворов гетероструктурных СВЧ транзисторов

методом контактной ультрафиолетовой фотолитографии 117

4,1 Выбор пары резист - проявитель для формирования
субмикронных размеров элементов топологии 117

4.2 Исследование зависимостей минимального размера

элемента от дозы экспонирования 121

4.3 Исследования по подбору пары верхний — нижний

резист 124

4.4 Экспериментальные исследования технологического
изготовления затворов для транзисторов на основе GaAs и GaN 126

  1. Технологические факторы, влияющие на результат 126

  2. Технология изготовления затворов

гетероструктурных СВЧ транзисторов г 128

4.4.3 Экспериментальные исследования
технологического изготовления затворов для транзисторов на

основе GaAs 131

4.4.4 Экспериментальные исследования
технологического процесса изготовления затворов для

транзисторов на основе GaN 132

4.5 Выводы 133
Глава 5 Параметры СВЧ транзисторов, изготовленных по

усовершенствованной технологии контактной УФ

фотолитографии 136

5.1 Методика определения параметров изготовленных
транзисторов 136

  1. СВЧ параметры рНЕМТ транзисторов на GaAs 136

  2. Параметры, полученные для НЕМТ транзисторов на нитриде галлия 139

5.4 Выводы 140
Заключение 141
Список использованной в работе литературы 143

Введение к работе:

Данная работа посвящена решению проблемы создания быстродействующих полупроводниковых приборов и разработке технологии получения субмикронных размеров гетероструктурных сверхвысокочастотных (СВЧ) транзисторов методом фотолитографии.

Актуальность проблемы.

Актуальность работы связана с ограниченной возможностью в российских условиях (в виду высокой стоимости оборудования) получения субмикронных затворов гетероструктурных СВЧ транзисторов методами, отличными от контактной фотолитографии, которая является самым доступным с экономической точки зрения. Основным требованием, которое предъявляет технология СВЧ транзисторов к системам литографии, является возможность воспроизводимого и хорошо контролируемого получения малых размеров элементов (0,1-0,5 мкм) при приемлемом качестве межслоевого совмещения и совместимости с другими технологическими процессами. Благодаря высокой производительности фотолитографические технологии являются наиболее распространенными в производственных и исследовательских центрах. При этом более экономичные системы контактной ультрафиолетовой фотолитографии (источник - ультрафиолетовая ртутная лампа, спектр излучения которой имеет ряд интенсивных линий в диапазоне 240-260 нм) используются повсеместно для получения элементов с размерами на уровне 0,8 - 1,2мкм. Благодаря доступной цене и высокой производительности, они прочно заняли те ниши в технологии, где получение субмикронных размеров не требуется. В нашей работе демонстрируется принципиальная и практическая возможность получения субмикронных размеров затворов СВЧ транзисторов методом контактной фотолитографии, что является нетипичным для данного метода. В отличие от ряда существующих методов формирования субмикронных затворов с использованием косвенных методов и с использованием методов уменьшения длины затвора с помощью дополнительных технологических операций, разработанный метод позволяет получать субмикронные размеры сразу в проявленном резисте и проводить формирование металлизации по технологии «взрыва».

Благодаря своей простоте и низкозатратности, контактная ультрафиолетовая фотолитография может потеснить электронно-лучевую и проекционную в области топологических размеров 0,1-0,5мкм.

По этим причинам особую актуальность приобретает исследование путей решения проблемы изготовления субмикронных затворов полупроводниковых приборов - гетероструктурных СВЧ транзисторов на основе арсенида и нитрида галлия усовершенствованным методом контактной ультрафиолетовой фотолитографии, а также приведение и анализ характеристик полученных по разработанной технологии гетероструктурных СВЧ транзисторов.

Состояние проблемы

До последнего времени самыми быстродействующими

полупроводниковыми приборами для генерации СВЧ мощности были полевые транзисторы AlGaAs/GaAs. После почти тридцати лет своего развития эти приборы, приблизились к своему теоретическому пределу. Предсказываемые мощностные способности GaN приборов могут существенно превысить характеристики GaAs и SiC - приборов. Однако для формирования затворной и контактной группы субмикронных размеров применяется метод электронной литографии с использованием электронных резистов, что значительно удорожает производственный процесс. Объединение электронной литографии для изготовления фотошаблонов и ультрафиолетовой контактной фотолитографии позволит создать существенно эффективный для реализации в производственных и лабораторных центрах технологический процесс.

Цель работы - разработка усовершенствованного технологического процесса контактной ультрафиолетовой фотолитографии для изготовления затворов субмикронного размера GaAs и GaN гетероструктурных транзисторов, измерение и анализ параметров изготовленных транзисторов.

Для достижения поставленной цели определены и решены следующие задачи:

- проанализировать перспективы современных материалов и приборов
СВЧ диапазона;

выбрать оптимальный метод литографии для формирования затворов СВЧ транзисторов;

выбрать материалы, пригодные к использованию в ультрафиолетовой контактной фотолитографии для получения субмикронных размеров затворов транзисторов;

- провести анализ технологического процесса контактной фотолитографии
с целью внесения в него изменений, направленных на получение затворов
субмикронных размеров;

провести анализ имеющихся технологических приемов формирования затворов в рамках метода контактной фотолитографии с целью выбора оптимальных технологических условий и режимов для формирования субмикронных затворов СВЧ транзисторов;

провести эксперименты по получению субмикронных затворов гетероструктурных СВЧ транзисторов с помощью выбранных материалов;

провести анализ факторов, влияющих на результаты технологических операций по формированию затворов гетероструктурных транзисторов;

- подобрать оптимальное сочетание оборудования и материалов, а также
режимов их использования для получения требуемых результатов;

измерить параметры изготовленных транзисторов;

проанализировать полученные результаты.

Методы исследований:

контроль с помощью УФ микроскопа качества проявления резистивной маски и исследование скорости проявления, используемых в работе резистивных материалов от времени экспонирования;

исследования на растровом электронном микроскопе длинны и ширины линий, получаемых после проявления в резистивном слое и напыления металла;

измерения с использованием векторного анализатора Agilent Е8361А, от 10МГц до 67ГГц и зондовой установки РМ5 фирмы «Suss MicroTec» СВЧ характеристик изготовленных транзисторов.

Научная новизна работы:

1. Разработан усовершенствованный технологический процесс изготовления
затворов гетероструктурных транзисторов методом контактной
ультрафиолетовой фотолитографии с субмикронными размерами 0,3-04мкм, по
сравнению с достигнутым в нашей стране уровнем 0,5 - 1,2мкм.

2. Разработаны и обоснованы критерии и требования к основным
функциональным узлам и механизмам технологического оборудования с целью
получения субмикронных размеров затворов гетероструктурных СВЧ
транзисторов.

3. Предложено оптимальное сочетание резистивных материалов, проявителей и
зависимостей времени проявления от времени экспонирования для процесса УФ
фотолитографии с использованием двухслойной резитивной маски.

  1. Разработана методика измерений ширины линий и качества проявления участков резистивной маски с целью контроля размеров изготавливаемых затворов транзисторов.

  2. В работе продемонстрирована возможность получения с помощью метода контактной фотолитографии в глубоком ультрафиолете гетероструктурных GaAs и GaN СВЧ транзисторов, обладающими статическими и СВЧ характеристиками, не уступающими в частотном диапазоне до 8-12 ГГц характеристикам таких же транзисторов, изготовленных с помощью метода электронно-лучевой литографии.

Практическая значимость работы:

Исследования по теме диссертации связаны с решением практических задач, которые были поставлены российскими производителями современных СВЧ приборов. Предложенный технологический процесс является конкурентоспособным с электронно-лучевым методом для изготовления субмикронных затворов гетероструктурных транзисторов.

Реализация и внедрение результатов работы

Разработанный технологический процесс и специализированное технологическое оборудование нашли практическое применение в ряде компаний, в том числе:

- Институт СВЧ полупроводниковой электроники РАН (г. Москва);

- ЗАО «Научно - производственная фирма «Микран» (г. Томск).
Технико-экономическая эффективность усовершенствованного процесса

изготовления субмикронных затворов гетероструктурных СВЧ транзисторов
методом контактной фотолитографии в глубоком ультрафиолете значительно
превышает эффективность применяемых фотолитографических

технологических процессов и оборудования.

Апробация работы:

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

Международной научно-технической конференции «Информационные технологии и моделирование приборов и техпроцессов в целях обеспечения качества и надёжности» (Тунис - 2005);

Международном техническом симпозиуме SEMI Expo CIS (г. Москва -2006);

-в России на семинарах и научных конференциях Московского государственного университета приборостроения и информатики, Института СВЧ-полупроводниковой электроники РАН, ОАО «Московский завод «Сапфир».

Основные результаты, представляемые к защите:

-технологический процесс изготовления субмикронных затворов гетероструктурных СВЧ транзисторов методом контактной фотолитографии в глубоком ультрафиолете;

-экспериментальные данные, позволяющие оценить достоверность полученных результатов;

-сравнительные данные параметров приборов, изготовленных методом электронно-лучевой литографии и предложенным усовершенствованным методом контактной фотолитографии.

Публикации:

Основные научные результаты диссертации отражены в 10 публикациях, в том числе в 2 научных журналах и в 3 опубликованных тезисах и докладах Международных конференций.

Личный вклад автора:

Автор принимал непосредственное участие в разработке усовершенствованного технологического процесса изготовления субмикронных затворов гетероструктурных СВЧ транзисторов, проводил экспериментальные исследования, осуществил подбор материалов и оборудования для исследуемого технологического процесса, провел теоретическое исследование процесса контактной фотолитографии, непосредственно участвовал в разработке критериев к оборудованию и методик измерения качества изготавливаемых приборов.

Структура и объем работы:

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, приложения, содержит фотографии, графики и таблицы.


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net