Исследование и разработка технологического процесса изготовления субмикронных затворов гетероструктурных СВЧ транзисторов методом контактной фотолитографии

Великовский, Илья Эдуардович

Исследование и разработка технологического процесса изготовления субмикронных затворов гетероструктурных СВЧ транзисторов методом контактной фотолитографии тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.14, кандидат технических наук Великовский, Илья Эдуардович

Великовский, Илья Эдуардович
кандидат технических наук
2009

Специальность ВАК РФ05.11.14

Количество страниц 165

Великовский, Илья Эдуардович. Исследование и разработка технологического процесса изготовления субмикронных затворов гетероструктурных СВЧ транзисторов методом контактной фотолитографии: дис. кандидат технических наук: 05.11.14 - Технология приборостроения. Москва. 2009. 165 с.

Оглавление диссертации кандидат технических наук Великовский, Илья Эдуардович

Введение

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

1.1 Общие характеристики и понятие приборы СВЧ диапазона

1.1.1 Конструкция типичного СВЧ транзистора и принципы его работы "

1.1.2 Основные СВЧ характеристики транзистора

1.2 Конструкции различных приборов СВЧ диапазона

1.2.1 МДП транзисторы

1.2.2 Полевые транзисторы с затвором Шоттки

1.2.3 Изоморфные транзисторы с двумерным электронным газом

1.2.4 Псевдоморфные транзисторы с двумерным электронным газом и односторонним легированием

1.2.5 Псевдоморфные транзисторы с двумерным электронным газом и двухсторонним легированием

1.2.6 Метаморфные транзисторы с двумерным электронным газом на подложках GaAs и транзисторы на подложках InP

1.2.7 Метаморфные гетероструктуры на подложке GaAs

1.2.8 Транзисторы на нитриде галлия с поляризационно-наведенным каналом

1.2.9 Сравнение мощностных и высокочастотных характеристик СВЧ транзисторов

1.3 Выводы

Глава 2 Современные методы формирования затвора и контактной группы СВЧ транзисторов

2.1 Гетероструктурная технология формирования СВЧ-приборов

2.1.2 Особенности технологического процесса изготовления транзисторов

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

2.2.1 Электронно-лучевая литография

2.2.2 Проекционная литография

2.2.3 Импринтная литография

2.2.4 Рентгеновская литография

2.2.5 Ионно-лучевая литография

2.2.6 Контактная фотолитография

2.3 Классификация основных схем технологических маршрутов изготовления субмикронных затворов транзисторов

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

2.3.2 Использование трехслойной резистивной маски

2.3.3 Альтернативные методы формирования затвора

2.3.4 Изготовление субмикронного затвора грибообразной формы

2.3.5 Изготовление затвора грибообразной формы с использованием двухслойной резистивной маски

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

2.3.7 Процесс изготовления грибообразного затвора с использованием многослойной резистивной маски

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

2.3.9 Косвенные методы формирования затвора 68 2.4. Выводы

Глава 3 Технологический процесс контактной фотолитографии с использованием двухслойной резистивной маски. Выбор материалов и оборудования использованного в работе.

3.1 Обработка подложек перед нанесением фоторезиста

3.2 Нанесение резиста

3.3 Сушкарезиста

3.4 Совмещение и экспонирование резистов

3.5 Проявление резистов

3.6 Вакуумное напыление

3.7 Допроявление пластин

3.8 Операция «взрыва»

3.9 Контроль в УФ микроскопе 107 ЗЛО Анализ материалов, используемых в технологическом процессе контактной фотолитографии в глубоком ультрафиолете с использованием двухслойной системы резистов

3.10.1 Выбор резиста для верхнего слоя маски

3.10.2 Выбор резиста для нижнего слоя маски 112 3.11 Выводы

Глава 4 Экспериментальные исследования получения субмикронных затворов гетероструктурных СВЧ транзисторов методом контактной ультрафиолетовой фотолитографии

4.1 Выбор пары резист - проявитель для формирования субмикронных размеров элементов топологии

4.2 Исследование зависимостей минимального размера элемента от дозы экспонирования

4.3 Исследования по подбору пары верхний — нижний резист

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

4.4.1 Технологические факторы, влияющие на результат

4.4.2 Технология изготовления затворов гетероструктурных СВЧ транзисторов r

4.4.3 Экспериментальные исследования технологического изготовления затворов для транзисторов на основе GaAs

4.4.4 Экспериментальные исследования технологического процесса изготовления затворов для транзисторов на основе GaN

4.5 Выводы

Глава 5 Параметры СВЧ транзисторов, изготовленных по усовершенствованной технологии контактной УФ фотолитографии

5.1 Методика определения параметров изготовленных транзисторов

5.2 СВЧ параметры рНЕМТ транзисторов на GaAs

5.3 Параметры, полученные для НЕМТ транзисторов на нитриде галлия

5.4 Выводы 140 Заключение 141 Список использованной в работе литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и разработка технологического процесса изготовления субмикронных затворов гетероструктурных СВЧ транзисторов методом контактной фотолитографии»

Стремительное развитие элементной базы СВЧ приборов, происходившее в течение последних 20 лет, создало предпосылки для развития высокоскоростных телекоммуникационных, информационных и военных систем. Основной тенденцией в развитии при этом является использование функциональных объектов малых размеров (наноструктур). В полупроводниковой электронике сверхвысокочастотного диапазона микроминиатюризация приборов требует применения элементов, размеры которых составляют несколько десятых микрона. В настоящее время, наряду с глобальной компьютеризацией, происходит революция в сфере телекоммуникаций, которые по темпам роста опережают все другие технологии. По уровню развитости телекоммуникационных технологий сейчас оценивается научный, производственный и оборонный потенциал любого государства. В этой важнейшей области науки и техники наибольшую эффективность показала технология СВЧ приборов, базирующаяся на гетеропереходных структурах полупроводниковых соединений А3В5. Именно с этой твердотельной технологией, обеспечивающей наивысшие скорости передачи информации, наибольшие дальность и точность в радиолокации, малые габариты и высокий коэффициент полезного действия, связываются последние достижения и дальнейшие перспективы в области телекоммуникаций и систем вооружений. Научные результаты и быстро достигнутая промышленная «зрелость» гетероструктурной технологии сделали возможным создание нового поколения наземных и бортовых радиолокаторов на активных фазированных антенных решетках (АФАР) для обзора, разведки, обнаружения, слежения и наведения на цели, а также для радиоэлектронной борьбы, систем спутниковой связи и цифрового телевидения, оптоволоконных линий связи, цифровых радиорелейных линий связи, беспроводных систем связи широкополосного доступа миллиметрового диапазона с невиданным ранее увеличением числа каналов, скорости и объемов передаваемой информации, обеспечивающих предоставление услуг мультимедиа, таких, как видеоконференции, дистанционное обучение, передача сложнейших медицинских изображений, высокоскоростной интернет, сотовой телефонии, включая цифровую связь 3-го поколения.

Главным стимулятором развития микроэлектроники является передача цифровой информации (передача данных), в том числе, связи с интернетом — цифровая телефония 3-го поколения, включающая двустороннюю голосовую и видеосвязь, и передачу данных со скоростями до 2Мбит/сек.

Движущая сила этого рынка - стремление к более высоким частотам (до 5ГГц и выше), к цифровой технике связи, к обладанию несколькими полосами частот, потребностью в усилителях с лучшей линейностью и коэффициентом полезного действия, с меньшим весом и габаритами, с пониженным напряжением питания и более длительным временем разговоров без подзарядки батарей.

Рынок телекоммуникаций в своем большинстве занимает волоконно-оптическая связь, потребляющая высокоскоростные цифровые и СВЧ интегральные схемы мм-диапазона на частоты до 40 и бОГГц. На этом рынке гетероструктурная технология не имеет себе равных и полностью доминирует. Также быстро развиваются и системы спутниковой связи на 20-40ГГц, и межспутниковой связи в полосе бОГТц. В последние годы активно ведутся работы по беспроводным цифровым радиорелейным линиям связи «точка-точка» на частоты 20-40ГТц и беспроводным сетям широкополосного доступа LMDS на частоты 20-40ГГц с предоставлением услуг мультимедиа (видеоконференции, дистанционное обучение, интернет, передача медицинского изображения и т.д.).

Для работы в высокочастотных диапазонах в качестве усилительных каскадов используются, в основном, полевые транзисторы с двумерным электронным газом (High Electron Mobility Transistor - HEMT) и гетеропереходные биполярные транзисторы (Heteroj unction Bipolar Transistor - HBT).

Арсенид галлия был первым соединением А3В5, получившим широкое распространение.

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

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.

Целью работы является 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.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- 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 0,8 - 1,2мкм.

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

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

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

- 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.

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.

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.

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

К защите представляются:

-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.

Заключение диссертации по теме «Технология приборостроения», Великовский, Илья Эдуардович

35. Результаты работы по разработке и изготовлению монолитной-интегральной схемы GaAs р-НЕМТ МИС МШУ Х-диапазона частот. / В.Г.Мокеров и др. // сборник материалов 6-ой научно-технической конференции «Пульсар-2007» Твердотельная электроника, сложные функциональные блоки РЭА, 2007.

36. Комплект СВЧ управляющих GaAs МИС для системы АФАР. / В.Я:Гюнтер и др. // сборник материалов 6-ой научно-технической конференции "Пульсар-2007" Твердотельная электроника, сложные функциональные блоки РЭА.2007.

37. М. Matloubian. «High power and high efficiency AlInAs/GalnAs on InP HEMTs» in IEEE MTT-S Syinp. Tech. Dig.,1999, pp. 721-724.

38. Focused ion beam lithography-overview» and new approaches. / Arshak, K.; Mihov, M.; Arshak, A.; McDonagh, D.; Sutton, // D.Microelectronics,. 24th , International Conference on Volume 2, Issue, 16-19 May p.459 - 462 vol.2 Digital Object Identifier, 2004.

39. InAlAs/InGaAs/InP HEMTs with high- breakdown voltages using double-recess gate process. J.B.Boos, W. Kruppa // Electron. Lett., vol. 27, no. 21, pp. 1909-1910, 1991.

40. Y.-C. Pao. Characterization of surface-updoped InAlAsftnGaAs/InP high electron mobility transistors // IEEE Trans. Electron Devices, 1990,vol. 37, pp. 2165-2170 .

41. J. Dickmann. Novel fabrication process for SiN passivated InAlAs/InGaAsflnP // HFETs,Electron. Lett.,, vol. 28, no. 19,1992 pp. 18491850.

42. K. Y. Hur. Double recessed AlInAs/GalnAsflnP HEMTs with high breakdown voltages // IEEE GaAs 1С Symp., 1995, pp. 101-104.

43. G. Meneghesso. Effects of channel quantization and temperature on off-state and on-state breakdown in composite channel and conventional InP-based HEMTs // IEDM Tech Dig., 1996, pp. 43-46.

44. C. S. Putnam. Temperature dependence of breakdown voltage in InAlAs/In-GaAs HEMTs: Theory and experiments // in Proc. Int. Conf. InP and Related Materials, 1997, pp. 197-200.

45. S. R. Bahl. Offstate breakdown in InAlAs/InGaAs MODFETs // IEEE Trans. Electron Devices, vol. 42, pp. 15-22, Jan. 1995.

46. S. R. Bahl. Physics of breakdown in InAlAs/n -InGaAs heterostructure field-effect transistors / S. R. Bahl. J. A. del Alamo. // IEEE Trans. Electron Devices, vol. 41, pp. 2268-2275, 1994.

47. InP HEMT's with 39% РАЕ and 162 mW output power at V-band. Grundbacher R. et al. // IEEE Microwave Guided Wave Lett., vol. 9, pp. 236238, 1999.

48. 0.15 pm InP-based HEMT MMIC process with high yield and reliability on 2-inch InP substrate, M. Chertouk, H. Massler, M. Dammann, K. Kohler, G. Weimann // Manufacturable GaAs Manufacturing Technology Conference, Las Vegas, USA, May 21-24, 2001, pp. 230-233.

49. A 94 GHz monolithic high output power amplifier / P. Huang et al. // in Proc. MTT Symp., Denver, CO, 1997, pp. 1175-117

50. Jae Yeob Shim. DC and Microwave Characteristics of 0.2m T-Gate Double-Doped Metamorphic InAlAs/InGaAs/GaAs HEMTs Recessed with Succinic Acid/H202 // Journal of the Korean Physical Society, 2002, Vol. 41, No. 4, October, pp. 528-532

51. Полевые транзисторы с высокой подвижностью электронов на основе метаморфных гетероструктур InAlAs/InGaAs/InAlAs, выращиваемых на подложках GaAs. / Мокеров В.Г. и др. // М.Микроэлектроника., Т 28, № 1, 1999.

52. «High-performance double-recessed InAlAs/InGaAs power metamorphic HEMT on GaAs substrate» / D. Tu et al. // IEEE Microwave Guided Wave Lett., vol. 9, pp. 458-460, Dec. 1999.

53. , 50-nm T-Gate InAlAs/InGaAs Metamorphic HEMTs With Low Noise and High fT Characteristics / Byeong Ok Lim et al. // IEEE Electron Device Lett, vol. 28, No. 7, 2007, p.546

54. GaAs metamorphic HEMT: the ideal candidate for high performance, millimeter wave low noise and power applications / C. S. Whelan et al.// GaAs Manufacturing Technology Conference, 2000, pp. 237-240.

55. , Very high efficiency and low cost power metamorphic HEMT MMIC technology / P. C. Chao, et al. // GaAs Manufacturing Technology Conference, 2000, pp. 57-60.

56. High performance metamorphic HEMT with 0.25 pm refractory metal gate on 4" GaAs substrate. / F. Benkhelifa, et al. // GaAs Manufacturing Technology Conference, 2001, pp. 230-233.

57. 50 nm InGaAs/InAlAs/GaAs metamorphic high electron mobility transistors using double exposure at 50 kV electron-beam lithography without dielectric support. / B. Hadad, et al. // Journal of Vacuum Science & Technology B, , vol. 22, issue 4,2006.

58. Paul J. Augustine. Trends and Opportunities for Gallium Arsenide Semiconductors in Handsets. // GaAs MANTECH Conf. Dig. Ppr.2005.

59. Metal semiconductor field effect transistor based on single crystal GaN. / Khan M.A., Kuznia J.N., Bhattaral A.R., Olsen D.T. // Appl.Phys.Lett., v.62 (15).1993, p.1786-1787.

60. Мощные высокотемпературные и радиационностойкие СВЧ-приборы нового поколения на широкозонных гетеропереходных структурах AlGaN/GaN. / Данилин В.Н., Докучаев Ю.П., Жукова Т.А., Комаров М.А. // Обзоры по электронной технике. М.: Сер.1. СВЧ-техника.вып. 1,2001.

61. Ковалев А.Н. Полевые транзисторы на AlGaN/GaN структурах. АТИ ЮНИСАФ, М.: 2001.

62. Electron transport in AlGaN/GaN heterostructures grown on 6Y-SiC substrates. / Gaska R., Yang J.W., Jsinky A. et al. // Appl.Phys.Let.72(6). 1998. p.707-709.

63. 30-W/mm GaN HEMTs by Field Plate Optimization / Y.-F. Wu, Saxler A., Moore M. et al. // IEEE Electron Devices Letters v.25, 2004.p.l 17-119.

64. Исследование СВЧ ПТБШ на основе гетероструктур AlGaN/GaN. / Гладышева Н.Б., Дорофеев А.А., Матвеев Ю.А., Чернявский А.А. // докл. Всеросийской конференции "Нитриды галлия, индия и алюминия — структуры и приборы". ФТИ им. Иоффе РАН. Спб.: 2005.

65. High frequency performance of short gate length GaN HEMTs - challenges, design optimization and results. / Parikh P., Wu Y., Chavarkar P. et al. // IWNS.2004.

66. Field-effect transistors based on AlGaN/GaN/AlGaN double-heterostructures grown by MBE. / Aleksandrov S.B., Baranov D.A., Chaly V.P., Krasovitsky D.M., Pavlenko M.V., Petrov S.I., Sokolov I.A., Sokolov M.A., Velikovsky L.E., Podolskaya N.I., Bulashevich K.A. // Physica status solidi (c), Vol. 2, No. 7.2005.p. 2688-2691.

67. Selectively Doped High-Power AlGaN/InGaN/GaN MOS-DHFET / V. Adivarahan, et al. M. Gaevski, A. Koudymov, J. Yang, G. Simin // IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS, VOL. 28, NO. 3, MARCH 2007 p.192.

68. Fran3ois Deborgies, Microwave Technologies for Satellite Systems: an ESA Perspective // 11th GAAS Symposium - Munich 2003.

69. GaAs and InP power devices. / Guyen N, Micovic // IEEE transactions on electron devices,vol.48,№3,2001.

70. Paul J. Augustine. Trends and Opportunities for Gallium Arsenide Semiconductors in Handsets. // GaAs MANTECH Conf. Dig. Ppr.2005.

71. Моро У. Микролитография: Принципы, методы, материалы. 4.1: пер. с англ. М.: Мир, 1990.

72. Harry J. Levinson. Principles of lithography. // S P I E-International Society for Optical Engineering.2004

73. Назаров А.И. Технология СБИС. Курс лекций. // Электронный ресурс: www.kgtu.runnet.ru. 2004.

74. Электронно-лучевая технология в изготовлении микроэлектронных приборов. / Брюэр Дж. Р., Гринич Д.С., Херриот Д.Р. и др. Учеб. Пер. с англ. М.:Радио и связь, 1984.

75. Evolutionary optimization of the EBL process / Robin et al. J. Vac. Sci. Technol. В 18.6., Nov, 2000 p. 3445-3450.

76. Win Semiconductor Inc. company profile. // электронный ресурс: http://www.winfoundry.com.

77. Resolution limiting mechanism in electron beam lithography. / M. Yoshizawa, S. Moriya. // electronics letters, 6th January Vol. 36 No. 12000.

78. Electron Beam Lithography: Resolution limits and applications. / C. Vieu, F. Carcenac, A. Pepin, Y. Chen, et al // Applied Surface Science 164, 111-117, 2000.

79. Adams M., Research and Development of Electron-beam Lithography Using a Transmission Electron Microscope at 200 kV. // электронный ресурс: http ://www.jyi.org/research/re.php?id=1025.

80. Broers A.N. Resolution limits for electron-beam lithography Source // IBM Journal of Research and Development Volume 32 , Issue 4 (July 1988) p.502 -513.

81. Nanoscience: nanotechnologies and nanophysics, Claire Dupas et al. // springer.2006.

82. A novel asymmetric gate recess process for InP HEMTs", Robin F. Meier H. Homan O. Bachtold W. // Proc. Indium Phosphide and Related Materials IPRM, pp. 221-224, Stockholm, May 2002

83. D. Xu Simple simulation of electron-beam lithography for fabricating sub-0.2 mm T-shaped gates based on a two-layer resist system // Microelectronic Engineering 40 (1998) p.77-83.

84. Разработка электронно-лучевого оборудования для литографии и электронной микроскопии. / Аристов В.В., Казьмирук В.В. // Тезисы докладов на Всероссийской конференции "МНЭ-2001". Звенигород. Т. 1.01-4.2001.

85. Single step lithography for doublerecessed gate pseudomorphic high electron mobility transistors / R. W. Grundbacher, I. Adesida, M.-Y. Kao, and A.A. Ketterson //J. Vac. Sci. Technol. B, Vol. 15, No. 1, pp. 49-52, 1997.

86. Multilayer resist process for asymmetric gate recess in field-effect transistors. / D. Ballegeer, K. Nummila, I. Adesida,J. // Vac. Sci. Technol. B, Vol. 11, No. 6, pp. 2560-2564, 1993.

87. Physics and behavior of asymmetrically recessed InP-based MODFET's fabricated with an electron beam resist process. / D. G. Ballegeer, I. Adesida, C. Caneau, R. Bhat // in 6th Int. Conf. Indium Phosphide Related Materials, Santa Barbara, CA, USA, 1994, pp. 331-334.

88. Evolutionary Optimization of the Electron- Beam Lithography Process for Gate Fabrication of HEMTs. / F. Robin, A. Orzati, O. J. Homan, and W. Bachtold // J. Vac. Sci. Technol. B, Vol. 18, No. 6, pp. 3445-3449, 2000.

89. Simulation and Evolutionary Optimization of Electron-Beam Lithography with Genetic and Simplex-Downhill Algorithms / F. Robin, A. Orzati, E. Moreno, O. J. Homan, and W. Bachtold // IEEE Trans. Evol. Comp.2001.

90. EUV Lithography at the SEMATECH - Berkeley Microfield Exposure электронный ресурс: http://www-xro.lbl.gov/research/euvlithography/resists.

91. Resolution-limiting factors in LEEPL. / Yoshizawa et al. // J. Vac. Sci. Technol. В 22.1., Jan/Feb 2004 p. 136-140.

92. Wafer to wafer nano-imprinting lithography with monomer based thermally curable resin. / Heon Lee, Gun-Young Jung. // Microelectronic Engineering.Volume77.Issue2.2005,p. 168-174.

93. Fabrication of high density nanostructures gratings (>500 Gbit/in2) used as molds for nanoimprint lithography. / Carcenac F., Vieu C., Lebib A. et al. // Microelectronic Engineering. V. 53. 2000. P. 163-166.

94. Sub-10 nm imprint lithography and applications. / Chou S., Krauss P., Zhang W. et al. // J. Vac. Sci. Technol. В 15(6). 1997. P. 2897-2904.

95. Fabrication of surface reliefs on facets of singlemode optical fibres using nanoimprint lithography. / Viheriala J, Niemi T, Kontio J, Rytkonen T, Pessa M. // microchem.bibliography.2007.

96. Wafer to wafer nano-imprinting lithography with monomer based thermally curable resin. / Heon Lee, Gun-Young Jung. // Microelectronic Engineering. Volume77.Issue2.2005,Pages 168-174.

97. Fabrication of roll imprint stamp for continuous UV roll imprinting» process Microelectronic Engineering. / Seon-Yong Hwang, Sung-Hoon Hong, Ho-Yong Jung, Heon Lee. // Microelectronic Engineering.Volume 86, Issues 4-6, April-June 2009, p. 642-645.

98. Chen et al.: Fabrication of high electron mobility transistors // J. Vac. Sci. Technol. В 20.6, 2002 p.2887.

99. Helmut Schift, Nanoimprint lithography: An old story in modern times? A review // J. Vac. Sci. Technol. B, 2008, vol.26, Mar/Apr 2008, p.458.

100. Chris A. Mack. Fundamental Principles of Optical Lithography. // The Science of Microfabrication John Wiley & Sons. London. 2007.

101. Chris A. Mack. Field Guide to Optical Lithography. // SPIE Field Guide Series Vol. FG06. Bellingham.WA.: 2006.

102. Optical Lithography Modeling. J. R. Sheats, W. Smith // Microlithography Science and Technology Chapter 2, editors, Marcel Dekker NY.:. 1998p. 109170.

103.X-ray Lithography on the Sweet Spot. / Bourdillon A., Vladimirsky Y. // UHRL. San Jose.2006.

104. Absence of Resolution Degradation in X-ray Lithography. K.Early, M.L.Schattenberg, H.I.Smith. // Microelectronic Engineering, 1990, vol. 11.

105. Direct measurement of the effect of substrate photoelectrons in X-ray nanolithography. / D. J. D. Carter, A. Pepin, M. R. Schweizer, H. I. Smith, J. Vac. // Science. Technology. B. vol. 15, 1997.pp. 2509-2513.

106. Электронный ресурс: http://www.microchem.com/products/pdf/PMMADataSheet.pdf

107. Электронный ресурс: http://www.microchem.com/products/pmmafaq.htm

108. Электронный ресурс: http://www.microchem.com/products/pdf/ebr.pdf

109. Электронный ресурс: http://www.microchem.com/products/ancillaries.htm

110. Электронный ресурс: http://www.microchem.com/products/pdf/removerpg.pdf.

111. Электронный ресурс: http://www.microchem.com/products/pdf/PMGI-Resists-data-sheetV-rhcedit-102206.pdf

112. Электронный ресурс http://www.microchem.com/products/pmgi-lorfaq.htm.

113. Hang, Hill, and Bernstein, Efficient removers for poly.methylmethacrylate // J. Vac. Sci. Technol. B,2003, vol21

114. Damage studies of dry etched GaAs recessed gates / Salliman et al. // J. Vac. Sci. Technol. B,2002, 20(6), Nov/Dec, p.2887.

115. Characterization of reactive ion etched AlGaAsGaAs heterostructures / Joseph et al. // J. Vac. Sci. Technol. B, 1991, 9(3), Nov/Dec, p.1456.

116. Валиев К. А. Физика субмикронной литографии. М.: Наука, 1990.

117. Уайт В. Технология чистых помещений. М.: Клинрум,2002.

118. Федотов А. Е. Чистые помещения. М.: Клинрум,2003.

119. Чистые помещения.под ред. И.Хаякавы. М.: Мир, 1990.

120. ГОСТ Р51251 — 99. Фильтры очистки воздуха, классификация, маркировка. М.: Госстандарт России. 1999.

121.Мокеев O.K., Романов А.С. Химическая обработка и фотолитография. М.: Высшая школа, 1985.

122. B.J. Lin, Deep-Ultraviolet Contact Photolithography for bubble circuits. // Research Microelectronic Engineering, 2000, Volume 53, Issues 1-4, p.95-99.

123. E. Y. Chang, Submicron T-Shaped Gate HEMT Fabrication Using Deep-UV Lithography // IEEE Electron Device Letters 1994, V. 15, pp. 277-279

124.Goodberlet J. G., Dunn, B. L., Deep-ultraviolet contact Photolithography // Microelec. Eng. 2004, p.5395.

125. E. Y. Chang, Submicron T-Shaped Gate HEMT Fabrication Using Deep-UV Lithography // IEEE Electron Device Letters 1994, V. 15, pp. 277-279.

126. Yi-Chung Lien et al., Fabrication of 0.15-|лп Г-Shaped Gate In 0.52AI o.4sAs/In o.6Ga 0.4AS Metamorphic HEMTs Using DUV Lithography and Tilt Dry-Etching Technique // IEEE Electron Device Letters, 2007, vol. 28, pp.93-96.

127. Patterning Sub -lOOnm features for submicron devices. / H. Kavak, J. G. Goodberlet. //Presentation from NATO ASI conference, 2003,pp.525-530.

128. Goodberlet, J. G. Patterning 100 nm features using deep-ultraviolet contact photolithography // Appl. Phys. Lett. 2000, V.76, p.667.

129. Exposure latitude of deep-ultraviolet conformable contact photolithography Goodberlet, J. G., D. J. D. Carter // J. Vac. Sci. Technol. B, 2008, V. 26, pp.3 6-40.

130.Paulus M. Contrast mechanisms in high-resolution contact lithography: A comparative study Microelectronic Engineering 57-58 (2001) 109-116.

131.M. J. Rooks et al., Low stress development of polymethylmethacrylate for high aspect ratio structures // J. Vac. Sci. Technol. B, 2002, Vol. 20, No. 6, pp.2937-2941.

132. Effect of molecular weight on PMMA resolution. / Khoury M., Ferry D. K., J. Vac. // Sci. Technol. B, Vol. 14, No. 1, 1996.

133.John C. Huang et al., A Double-Recessed A10,24GaAs/In0.16GaAs Pseudomorphic HEMT for Ka- and Q-Band Power Applications // IEEE Electron Device Letters, vol. 14, 1993, pp.456-458.

134., Influence of Barrier Thickness on the High-Power Performance of AlGaN/GaN HEMTs. / Vinayak Tilak et al.// IEEE Electron Device Letters, vol. 22, 2001, pp.504-506.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Проанализированы перспективы современных материалов и приборов СВЧ диапазона, выбраны в качестве исследуемых транзисторов гетероструктурные СВЧ транзисторы с затвором Шоттки на основе GaAs и GaN, востребованные в современной российской промышленности.

2. На основании анализа современных методов формирования контактной группы СВЧ транзисторов, а также с учетом доступного оборудования в качестве исследуемого метода выбран метод контактной ультрафиолетовой литографии.

3. Для реализации усовершенствованного технологического процесса выбраны материалы и оборудование, удовлетворяющие задачам получения субмикронных затворов СВЧ транзисторов.

4. Проведен теоретический анализ технологического процесса контактной фотолитографии и технологических приемов данного метода, в результате чего был выбран оптимальный технологический маршрут изготовления исследуемого транзистора.

5. Проведен анализ имеющихся технологических приемов формирования затворов в рамках метода контактной фотолитографии. Выбраны оптимальные технологические приемы для формирования субмикронного затвора СВЧ транзистора с затвором Шоттки на р-НЕМТ GaAs и GaN гетероструктуре.

6. Проведен теоретический и экспериментальный анализ материалов фотолитографического процесса с целью подбора оптимальных сочетаний и режимов их использования.

7. Усовершенствована технология изготовления затворов гетероструктурных СВЧ транзисторов методом контактной ультрафиолетовой фотолитографии с длиной затворов 0,3^0,4 мкм по сравнению с достигнутым в нашей стране уровнем 0,8-4,2мкм.

8. Проведены измерения параметров изготовленных транзисторов, и сравнительный анализ их с характеристиками таких же транзисторов изготовленных методом электронно-лучевой литографии. Проведенный анализ показал отсутствие принципиальной разницы в СВЧ характеристиках изготовленных различными методами приборов в частотном диапазоне 8-И 2 ГГц.

9. Продемонстрировано, что для изготовления приборов для диапазона 8-42 ГТц можно использовать более простую и менее затратную технологию контактной фотолитографии вместо электронно-лучевой литографии.

10. Проанализированы полученные результаты. Сделан вывод о целесообразности использования данного метода в промышленном и мелкосерийном производстве.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНОЙ В РАБОТЕ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Lee Ross R. Pseudomorphic НЕМТ Technology and applications / Kluwer Academic Publishers, 1996.

2. Ladbrooke P.H. MMIC Design: GaAs FETs and HEMTs. / Artech House. 1989

3. Шур M. Современные приборы на арсениде галлия. / Учеб. М. :Мир, 1991.

4. Зи. С. Физика полупроводниковых приборов. / М.Мир. 1984

5. Ди Лоренцо Д.В. Полевые транзисторы на арсениде галлия. / Радио и связь,1988.

6. Дьяконов В. П. Энциклопедия устройств на полевых транзисторах. / М.: СОЛОН-Р, 2002.

7. Пасынков В.В. Чиркин Л.К. Полупроводниковые приборы: Учеб. пособие. / М.: Учеб. для вузов, специальная литература, 2006.

8. Morkoc Н. Principles and technology of MODFETs. / Vol. 1,2, Wiley, 1991.

9. Liu W. Fundamentals of III-V devices. / Wiley, 1999.

10. H. Aaen P. Modeling and Characterization of RF and Microwave Power FETs. / Cambridge University Press, 2006

11. Robertson I.D. RFIC and MMIC design and technology. / IEE, 2001.

12. Williams R. Modern GaAs Processing Methods. / Artech House, 1990.

13. Baca A. Fabrication of GaAs Devices. / IEE, 2005.

14. GaN MOSFET with liquid phase deposited oxide gate // Electronics letters, 2002, 18th July, Vol. 38 No. 15.

15. First AlGaN/GaN metal oxide semiconductor heterostructure field effect transistor based on photoanodic oxide / Kuan-Wei Lee et al. // Electronics letters, 2001, 24th May, Vol. 37 No. 11.

16. Photo-CVD Si02 Layers on AlGaN and AlGaN-GaN MOSHFET / Y. Z. Chiou at al. // IEEE Trans. Electron Devices, 2003, V. 50, No. 8, pp. 17481753.

17. AlGaN/GaN metal oxide semiconductor heterostructure field-effect transistor based on a liquid phase deposited oxide / D.W. Chou et al. // Japan. J. Appl. Phys., 2002, vol. 41, pp. L748-L750.

18. Holloway P. Handbook of compound semiconductors. / Noyes Publications, 1995.

19. Adachi S. Properties of Group-IV, III-V and II-VI Semiconductors. / Wiley, 2005.

20. Copper-Airbridged Low-Noise GaAs PHEMT With Ti/WNx/Ti Diffusion Barrier for High-Frequency Applications / Cheng-Shih Lee et al. // IEEE Trans. Electron Devices, 2006, V. 53, No. 8, pp. 1753-1757.

21. Depletion and enhancement-mode A10.48In0.52As/Ga0.47In0.53As modulation-doped field-effect transistors with a recessed gate structure / T. Itoh at al. // 1985, Gallium Arsenide Rel. Compounds, pp. 571-576.

22. An Updated Temperature-Dependent Breakdown Coupling Model Including Both Impact Ionization and Tunneling Mechanisms for AlGaAs/InGaAs HEMTs. / H. Philip Li at al. // IEEE Trans. Electron Devices, 2002, V. 49, No. 9, pp. 1675-1679.

23. G. Bechtel, The 1999 outlook for GaAs 1С markets and technology // in Proc. IEEE GaAs 1С Symp., Monterey, CA, 1999, pp. 7-9.

24. Status and application of advanced semiconductor technologies. / R. Hadaway et al. // in Proc. Conf. GaAs Manufacturing Technology, Vancouver, ВС, Canada, 1999, pp. 13-16.

25. Chanh Nguyen. The State-of-the-Art of GaAs and InP Power Devices and Amplifiers // IEEE Trans. Electron Devices, 2001, V. 48, No. 3, pp. 472-479.

26. J. J. Brown, «Study of the dependence of Ga In As/Al In As power HEMT breakdown voltage on Schottky layer design and device layout». // IEEE Trans. Electron Devices, vol. 40, pp. 2111-2112, Nov. 1993.

27. «An AlGaAs/InGaAs PHEMT with improved breakdown voltage for X- and Ku-band power applications» J. C. Huang, G. S. Jackson, S. Shanfield, A. Platzker, P. K. Saledas, and C. Weichert IEEE Trans. // Microwave Theory Tech., vol. 41, pp. 752-758, May 1993.

28. «Breakdown voltage enhancement from channel quantization in InalAs/n+-InGaAs HFETs». S. R. Bahl and J. A. del Alamo // IEEE Electron Device Lett., vol. 13, pp. 123-125, Feb. 1992.

29. A microwave power double-heterojunction high electron mobility transistor. / K. Hikosaka, Y. Hirachi, T. Mimura, and M. Abe // IEEE Electron Device Lett., vol. 6, pp. 341-343, July 1985.

30. High-efficiency GaAs-based pHEMT power amplifier technology for 1-18 GHz. / J. A. Pusl et al. // in Proc. MTT Symp., 1996, pp. 693-696.

31. High-efficiency GaAs-based pHEMT C-band power amplifer / J. Brown et al., // IEEE Microwave Guided Wave Lett., 19966 vol. 6, pp. 91-93.

32. 3-watt Q-band waveguide PHEMT MMIC power amplifier module// J. A. Lester et al. // in Proc. MTT Symp., 1997, pp. 539-542.

33. Комплект управляющих СВЧ GaAs МИС для систем АФАР. / Аржанов С.Н. и др. Научно-производственная фирма "Микран", г. Томск. // Сборник трудов 17-ой Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2007.

34. Монолитный малонгумящий усилитель Х-диапазона на основе 0,15 мкм GaAs р-НЕМТ технологии. / В.Г.Мокеров и др. // сборник трудов 17-ой Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2007.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Великовский, Илья Эдуардович, 2009 год