более 20 мВт на один логический элемент) и ограничением сложности схем малой степенью интеграции (МИС) [4]. Для получения мезаструктур было использовано сухое химическое травление. При технологии ионной имплантации улучшается контроль однородности примеси п и толщины канала а, что позволяет достичь большей степени сложности ИС и напряжения отсечки - 1 В [5]. Для получения малых прецизионных геометрических размеров (область П на рис. 15.1) необходимо применение методов плазмохими-ческого травления.

Технология П1 (см. рис. 15.1) характеризуется тем, что перечень необходимых технологических процессов дополнен электронно-лучевой литографией. Хотя этот процесс не является абсолютно необходимым для нормально закрытых приборов (з„отс ~ ) эффективность его введения будет показана далее. Тем не менее для логических схем на ПТ с обогащением-обеднением очевидны возможности уменьшения мощности на логический элемент и увеличения сложности схем. Необходимо также отметить, что с возрастанием напряжения отсечки скорость переключения уменьшается. (Данные приведены для 1з = I мкм.) В следующем разделе покажем, что необходим контроль толщины с погрешностью Да - ±2нм и контроль концентрации примеси с погрешностью Ап/п - ±2% ддя получения удовлетворительного выхода ГОДОШ1Х структур по всей пластине. Измерения, вьшолненные в Центре микроэлектроники фирмы Lockheed, и другие опубликованные данные [6] показьшают, что такая степень контроля, несмотря на имеющиеся трудности, может быть достигнута в настоящее время.

Были развиты методы получения на поверхности GaAs пассивирующих слоев, которые являются удовлетворительными для БИС. В большинстве методов используются пленки 51зЫ4, Si02 или их комбинация. Пленки SisN4 могут быть использованы для предотвращения разложения GaAs на поверхности при повышенной температуре, а также в качестве изолятора. Пленка SiOa также является удовлетворительным изолятороЛ ддя GaAs. Кроме того, металлизация затвора слоем большой толщины возможна с помощью SiOa при использовании фоторезиста высокого разрешения в улуч-шенШ)!Х методах взрывной фотолитографии.

Дополнительное преимущество состоит в том, что при согласовании толщины Si02, толщины затвора и первого металлизационного слоя получается практически планарная структура. Это в значительной степени облегчает условия формирования второго металлизационного слоя для соединений.

Второй металлизационный слой,

Юшшср Соединение

Пассивирующий диэлектрик

Второй уровень / соединений

Метала соединений

перекрывающий первьш, должен быть физически непрерьшным и электрически изолированным от первого. Ддя этого должен быть осажден второй слой ЗЮг, свободный для предотвращения

Рис. 15.2. Поперечное сечение ИС на GaAs

коротких замыканий от проколов. Второй слой диэлектрика в таком случае может быть использован для формирования конденсаторов структуры металл-диэлектрик-металл, необходимых при проектировании схем. Методами ионного травления может быть сформирована конфигурация второго металлизационного слоя. Разрез готовой ИС на GaAs, в которой сформированы все схемные элементы, необходимые для ИС любой степени интеграции - от малой до сверхбольшой, показан на рис. 15.2.

15.3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ИЗГОТОВЛЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ИС

Обобщив основные требования технологического процесса и некоторые доступные в настоящее время методы производства, рассмотрим более детально вопросы проектирования и изготовления элементов на ПТ с обогащением-обеднением. Для полной оценки взаимосвязанных параметров, которые должны быть контролируемы при производстве высокочастотных элементов, необходимо рассмотреть модель транзистора (рис. 15.3) наряду с основными уравнениями для предельной частоты усиления по току /jjp, предельной частоты усиления по мощности /ах коэффициента шума Ащ [7] и тока сток-исток

/„р=5/(2.Сз„);

(15.3)

-пр

си 5/6

(15.4) (15.5)

си=-

!к I [сид-зи . 3/2,2 - с„з/,;

(15.6)

где д - подвижность носителей; U и С-з - напряжения сток-исток и затвор-исток соответственно.

Очевидно, что С,, R, Л3, R и необходимо минимизировать, чтобы получить

лучшие параметры f, К, f

ны затвора L также важно, как уменьшение WJa [8]:

. Из уравнения (15.7) видно, что уменьщение дли-

Сз„ =

lW(R-t/,„)/C/„

(1 + 2 7(В-Ц„)/(/о)

Согласно уравнению (15.6) уменьшение IV приводит к снижению 1, что нежелательно. Варианты компромиссного

решения приведены далее.

Затвор о-{

Рис. 15.3. Модель полевого транзистора на GaAs

(15.7)

J-о Сток

Введем два основных уравнения, которые охватывают весь спектр проблем, связанных с проектированием элементов ИС:

дин> C„(A(/)V2 (15.8)

- динамическая энергия переключения;

ДГ=С„Д6 ,„ (15.9)

- интервал времени, в течение которого напряжение переходит от напряжения низкого уровня к напряжению высокого уровня и наоборот.

Из уравнения (15.8) видно, что для уменьшения мощности емкость нагрузки (C„) и перепад напряжений ( AU) следует уменьшить. Уменьшение величин и Д!7 уменьшает также и величину Д? (для быстродействующих схем).

Чтобы приборы были быстродействующими, имели малый К"щ и одновременно рассеивали минимальную мощность, при проектировании необходимо достигнуть минимальных значений Гц и Д(/, а также Сзи.из к з-

При использовании полуиэолирующих подложек краевая паразитная емкость соединений становится малой, и при соответствующем проектировании общая емкость нагрузки может быть уменьшена до величины, приблизительно равной входной емкости следующего транзистора. При определении перепада логических условий AU необходимо учесть, что он должен быть достаточным для включения транзистора, так что и° < и . Для GaAs ПТШ напряжение на затворе не должно быть вы-

ВЬ1Х зи ОТС

ше;:

Таким образом, приемлемый перепад логаческих уровней будет определяться как

nra4=tx-Lx=B- зиотс = -о. (15-11)

где (7(1 - напряжение перекрытия канала. Уменьншть динамическую энергию переключения можно, таким образом, путем уменьшения (7„. Это также приводит к увеличению времени переключения At [см. уравнение (15.6)], выражаемого через ток 7,. Вследствие этого необходимо компромиссное решение.

Уменьшение параметров R, R, С, R, Z, и [/j ограничивается производственными возможностями, которые изменяются в процессе совершенствования технологического процесса. При современной фотолитографии длина затвора/.3 ограничивается значеш-ем примерно 1 мкм (и примерно 0,5 мкм при эпектронно-лучевой литографии), Значение /?з определяется сопротивлением и толщиной металлизационного слоя затвора. Напряжение С/ ограничивается точностью контроля неоднородности напряжения перекрытия канала Ujotc ("" выходу годных ИС).

Контактное сопротавпение R становится основным ограничением при уменьшении геометрических размеров для обеспечения перехода от БИС к СБИС. Из уравнения (15.12), где - удельное контактное сопротивление и р, - удельное сопротивление GaAs, видно, что уменьшение площади контакта (Wcf) увеличивает контактное сопротивление [9]:

R = [1- J!f] \cVaiJd)]. (15.12)

W а ар

Поэтому при уменьшении R должно быть уделено внимание как схемотехническим, так и технологическим аспектам. Последовательное сопротивление затвора определяется выражением

3=Pm»V(3) (15-13>