Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Особенности конструкций и технологий создания современных мощных ВЧ и СВЧ МОП транзисторов 11
1.1. Особенности конструкций мощных ВЧ и СВЧ МОП транзисторов 11
1.2. Электрические параметры мощных ВЧ и СВЧ МОП транзисторов 20
1.3. Развитие МОП технологии и специфические особенности ВЧ и СВЧ МОП технологии с двойной диффузией 24
1.4. Влияние технологических процессов на стабильность и воспроизводимость электрических параметров мощных ВЧ и СВЧ МОП транзисторных структур 30
1.5. Надежность мощных ВЧ и СВЧ МОП транзисторов 33
Выводы к главе 1 35
Глава 2. Методы создания структурных составляющих мощных ВЧ и СВЧ МОП транзисторных структур и методики оценки их качества 38
2.1. Метод создания подзатворного оксида кремния мощных ВЧ и СВЧ МОП транзисторных структур и оценка его качества 38
2.2. Метод формирования многослойной металлизации на основе золота мощных ВЧ и СВЧ МОП транзисторных структур с помощью плазменных обработок 42
2.3. Методика оценки влияния плазменных обработок при формировании многослойной металлизации на основе золота мощных ВЧ и СВЧ МОП транзисторных структур и методы устранения деградации их параметров 43
2.4. Методы оценки качества и надежности мощных ВЧ и СВЧ МОП транзисторов 45
Выводы к главе 2 48
Глава 3. Исследование влияния конструктивно-технологических факторов на электрические параметры мощных ВЧ и СВЧ МОП транзисторных структур, способы оценки и устранения деградации 49
3.1. DMOS- и LDMOS-технологии создания современных мощных ВЧ и СВЧ МОП транзисторных структур 49
3.2. Влияние качества границы раздела Si-Si02 на стабильность зарядовых свойств мощных ВЧ и СВЧ МОП транзисторных структур 55
3.3. Оценка качества подзатворного оксида кремния, полученного различными технологическими способами, с помощью экспресс-контроля 60
3.4. Влияние плазменных обработок при формировании многослойной металлизации на основе золота на изменение значений пороговых напряжений мощных ВЧ и СВЧ МОП транзисторных структур 65
3.5. Способы устранения деградации статических параметров после плазменных обработок на этапе формирования металлизации и их корректировка 68
3.6. Способ восстановления пороговых напряжений мощных ВЧ и СВЧ МОП транзисторных структур с помощью ультрафиолетового облучения 72
Выводы к главе 3 78
Глава 4. Оценка надежности мощных вч и свч моп транзисторов и эффективности их работы 80
4.1. Термополевое испытание и испытание на безотказность мощных ВЧ и СВЧ МОП транзисторов как инструмент оценки качества МОП транзисторных структур 80
4.2. Разброс пороговых напряжений МОП транзисторных структур - негативный фактор для качественной работы мощных балансных ВЧ и СВЧ МОП транзисторов 84
Выводы к главе 4 91
Основные результаты и выводы 92
Список использованных источников 95
Приложение 101
- Электрические параметры мощных ВЧ и СВЧ МОП транзисторов
- Метод формирования многослойной металлизации на основе золота мощных ВЧ и СВЧ МОП транзисторных структур с помощью плазменных обработок
- Влияние качества границы раздела Si-Si02 на стабильность зарядовых свойств мощных ВЧ и СВЧ МОП транзисторных структур
- Разброс пороговых напряжений МОП транзисторных структур - негативный фактор для качественной работы мощных балансных ВЧ и СВЧ МОП транзисторов
Введение к работе
Актуальность темы. Среди многообразных направлений современной полупроводниковой электроники важное место занимает разработка и производство кремниевых мощных ВЧ и СВЧ МОП транзисторов (DMOS и LDMOS). Область применения таких транзисторов весьма широка. Они используются в каскадах усилителей мощности систем радиосвязи и телерадиовещания, в базовых станциях сотовой связи, в РЛС различного назначения и других телекоммуникационных системах. Мощные ВЧ и СВЧ МОП транзисторы обладают рядом существенных преимуществ перед биполярными транзисторами аналогичного функционального назначения - отсутствие накопления и рассасывания избыточных зарядов неосновных носителей, возможность реализации более высоких значений коэффициента усиления по мощности, тепловая устойчивость во всем диапазоне рабочих температур.
Реализация на практике таких полупроводниковых приборов, а также их серийное производство стали возможны благодаря созданию современной кремниевой МОП-технологии с двойной диффузией. Использование данной технологии позволяет изготавливать мощные ВЧ и СВЧ МОП транзисторные структуры с тонким качественным подзатворным диэлектриком, субмикронными диффузионными областями, многослойной системой металлизации, что в последствии обеспечивает надежную работу мощных ВЧ и СВЧ полевых транзисторов в условиях больших плотностей токов (десятки ампер) и высоких температур переходов (до 200 0С).
Известно, что уровень надежности полупроводникового изделия закладывается на этапе его разработки и обеспечивается качеством всех критичных технологических процессов при его изготовлении. Однако каждая технологическая операция, которая реализует определенные функциональные свойства формируемой структуры, в то же самое время может вносить и специфические дефекты. Поэтому перед разработчиками и производителями приборов, и сегодня, стоят актуальные задачи получения надежных мощных ВЧ и СВЧ МОП транзисторов, имеющих стабильные и воспроизводимые электрические параметры - пороговое напряжение, крутизну, минимальные токи утечки, как на этапе испытаний при разработке и производстве, так и в условиях длительной эксплуатации.
Данная работа проводилась в соответствии с планом ГБ НИР кафедры физики полупроводников и микроэлектроники Воронежского госуниверситета, а также ФГУП «НИИЭТ» в рамках реализации программных мероприятий по ФЦП «Развитие электронной компонентной базы и радиоэлектроники» на 2008-2015 годы, Государственной программы вооружения до 2015 года, серийного производства полупроводниковых приборов гражданского и специального назначения.
Цель работы - разработка и усовершенствование технологических способов изготовления структурных составляющих мощных ВЧ и СВЧ МОП транзисторных структур со стабильными и воспроизводимыми статическими параметрами, а также методов, направленных на устранение негативных производственных факторов при серийном производстве современных мощных ВЧ и СВЧ МОП транзисторов. Для достижения поставленной цели в диссертации решались следующие задачи:
1. Разработка усовершенствований технологического способа подготовки поверхности кремниевых пластин перед процессом подзатворного окисления для получения качественного подзатворного оксида кремния SiO2 и устранения дрейфа пороговых напряжений полевых транзисторных структур в серийном производстве мощных ВЧ и СВЧ МОП транзисторов.
-
Разработка усовершенствований метода автоматизированного экспресс- контроля зарядовых свойств подзатворного оксида кремния SiO2 для оптимизации и оценки технологических процессов подзатворного окисления в серийном производстве мощных ВЧ и СВЧ МОП транзисторов.
-
Исследование влияния плазменных обработок при формировании современной многослойной системы металлизации на основе золота (PtSi-Ti-Pt-Au) на изменение значений пороговых напряжений мощных ВЧ и СВЧ МОП транзисторных структур.
-
Разработка эффективного способа восстановления пороговых напряжений мощных ВЧ и СВЧ МОП транзисторных структур после воздействия плазменных обработок на этапе формирования металлизации, имеющих различные конструктивно-технологические особенности.
-
Исследование влияния разброса пороговых напряжений ВЧ и СВЧ МОП транзисторных структур при нестабильности их зарядовых свойств на значения энергетических параметров мощных балансных ВЧ и СВЧ транзисторов, а также на качество их работы.
Научная новизна исследований.
-
-
Предложен усовершенствованный технологический способ подготовки поверхности кремниевых пластин перед процессом подзатворного окисления, применяемый в серийном производстве мощных ВЧ и СВЧ МОП транзисторов для получения качественного подзатворного оксида кремния SiO2 и устранения дрейфа пороговых напряжений Упор полевых приборов. Данный технологический способ представляет собой многоэтапную химическую отмывку, состоящую из стандартной отмывки в растворах (КАРО, ПАС) и отмывки в разбавленных растворах соляной и плавиковой кислот (HCl:HF:H2O).
-
Предложен усовершенствованный метод автоматизированного экспресс- контроля зарядовых свойств подзатворного оксида кремния SiO2 для оценки и оптимизации технологического процесса подзатворного окисления в производстве мощных ВЧ и СВЧ МОП транзисторов. Экспресс-контроль предложено проводить на автоматической установке с ртутным зондом, используя метод высокочастотных вольт-фарадных характеристик (ВЧ ВФХ).
-
Установлено негативное влияние плазменных обработок при формировании многослойной системы металлизации на основе золота (PtSi-Ti-Pt-Au) на изменение значений пороговых напряжений мощных ВЧ и СВЧ МОП транзисторных структур (AVnof) порядка 1-3 В) и показана неэффективность низкотемпературного термического отжига, как способа восстановления пороговых напряжений Vtof,.
-
Разработан новый способ восстановления пороговых напряжений Vrop МОП транзисторных структур после воздействия плазменных обработок на этапе формирования металлизации с помощью ближнего ультрафиолетового облучения с энергией квантов 4,0-6,0 эВ (длина волны порядка 205-315 нм).
-
Показано, что разброс значений пороговых напряжений AVtop порядка 1-1,5 В ВЧ и СВЧ МОП транзисторных структур при нестабильности их зарядовых свойств является фактором, влияющим на энергетические параметры мощных балансных ВЧ и СВЧ полевых транзисторов (к снижению коэффициента усиления по мощности Кур порядка 10 %).
Практическая значимость работы. Основные результаты диссертации использованы при разработке, создании мощных ВЧ и СВЧ МОП транзисторов в ходе выполнения ряда НИР, ОКР и в последующем их серийном производстве, проводимых в ФГУП «НИИЭТ» (г. Воронеж). Использование результатов диссертации подтверждается Актом о внедрении результатов диссертации.
Основные положения, выносимые на защиту.
-
-
-
Усовершенствованный технологический способ подготовки поверхности кремниевых пластин перед процессом подзатворного окисления, состоящий из стандартной химической отмывки в растворах (КАРО, ПАС) и отмывки в разбавленных растворах соляной и плавиковой кислот (HcIiHFiH2O) для устранения дрейфа пороговых напряжений АУпор мощных ВЧ и СВЧ МОП транзисторов.
-
Усовершенствованный метод автоматизированного экспресс-контроля зарядовых свойств подзатворного оксида кремния SiO2 на автоматической установке с ртутным зондом с использованием метода высокочастотных вольт-фарадных характеристик при серийном производстве мощных ВЧ и СВЧ МОП транзисторов.
-
Изменение значений пороговых напряжений мощных ВЧ и СВЧ МОП транзисторных структур (АУпор порядка 1-3 В) под воздействием плазменных обработок при ионно-лучевом травлении металлических слоев на этапе формирования многослойной металлизации на основе золота.
-
Новый способ восстановления пороговых напряжений Упор МОП транзи- торных структур после воздействия плазменных обработок на этапе формирования металлизации с помощью ближнего ультрафиолетового облучения с энергией квантов 4,0-6,0 эВ (длина волны порядка 205-315 нм).
-
Разброс порогового напряжения AV^ порядка 1-1,5 В ВЧ и СВЧ МОП транзисторных структур при нестабильности их зарядовых свойств снижает коэффициент усиления по мощности Кур мощных балансных ВЧ и СВЧ МОП транзисторов порядка 10 %.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях: Восьмой Международной научно- технической конференции «Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники» (Таганрог, 2002); VII научно-технической конференции «Твердотельная электроника. Сложные функциональные блоки РЭА» (Москва, 2008); XV, XVI Международных научно-технических конференциях «Радиолокация, навигация, связь» (Воронеж, 2009, 2010).
Получен патент РФ на изобретение №2426192, 2010.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 10 научных работ, в том числе 2 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ [1, 2].
В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежат: [5] - предложен усовершенствованный технологический способ подготовки поверхности кремниевых пластин перед процессом подзатворного окисления; [6] - предложен усовершенствованный метод автоматизированного экспресс-контроля зарядовых свойств подзатворного оксида кремния; [1, 2, 8] - установлено негативное влияние плазменных обработок при формировании многослойной системы металлизации на основе золота на значения пороговых напряжений мощных ВЧ и СВЧ МОП транзисторных структур; [2, 3, 9] - разработан новый способ восстановления пороговых напряжений V^ МОП транзисторных структур после воздействия плазменных обработок на этапе формирования металлизации с помощью ближнего ультрафиолетового облучения; [4, 10] - показано, что разброс значений пороговых напряжений АУпор ВЧ и СВЧ МОП транзисторных структур является фактором, влияющим на энергетические параметры мощных балансных ВЧ и СВЧ полевых транзисторов и качество их работы.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы, содержащего 51 наименование. Объем диссертации составляет 101 страницы, включая 33 рисунка и 7 таблиц.
Электрические параметры мощных ВЧ и СВЧ МОП транзисторов
Мощные МОП транзисторы в схемах ВЧ и СВЧ могут использоваться как в усилителях мощности, так и для переключения больших токов, т.е. как ключевой элемент [15-17]. Использование транзистора в схемах СВЧ линейных усилителей мощности возможно благодаря тому, что их переходные характеристики линейны в широких интервалах затворного напряжения, когда ток на выходе Іс линейно зависит от напряжения U3U в виде [6, 15-17].
Стоит отметить, что из-за сложной природы двумерного распределения потенциала выразить в простой аналитической форме вольт-амперные характеристики (ВАХ) современных ВЧ и СВЧ МОП транзисторов невозможно. Выражения для ВАХ полевых транзисторов, встречающиеся в литературе [15, 18], неприемлемы для современных ВЧ и СВЧ МОП транзисторов и дают большую погрешность. Обычно используются упрощенные модели, в которые вводятся подгоночные коэффициенты для подбора подходящих значений с целью обеспечить хорошее соответствие с экспериментальными данными.
Выходные ВАХ описывают зависимость тока стока (Ic = IC(UCU)\UJJ от напряжения сток-исток при разных U3u=const. Передаточные ВАХ описывают зависимость тока стока от напряжения на затворе U3U при разных Ucu=const (Ic = Ic(U3lJ\Ucu).
ВАХ мощных МОП-транзисторов показаны на рис. 1.8. Входные токи у таких транзисторов (благодаря изоляции затвора окислом) ничтожно малы, и их измерение проблематично, поэтому входные ВАХ (рис. 1.8, а) обычно не приводятся. Иногда указывается ток утечки затвора 1зут, характеризующий качество изоляции затвора. Этот ток в рабочем диапазоне значений напряжения U3U очень мал ( нескольких нА) [12].
Соответственно при разработке мощных ВЧ и СВЧ МОП транзисторов, а именно, при выборе конструкции и расчете топологии, исходят, прежде всего, из требуемых значений параметров большого сигнала. Кроме того, необходимо учитывать, что энергетические параметры в значительной степени ограничиваются малосигнальными параметрами - входной - Свч, выходной - Свых и проходной - СПрох емкостями и сопротивлением сток-исток в линейной области RcH [21].
Известно, что совокупность параметров: крутизна S, сопротивление в проводящем состоянии RcH, токи утечек 1с и 13 определяют эффективную работоспособность мощных МОП транзисторов.
Однако исследования влияния разброса значений пороговых напряжений AVnop МОП транзисторных структур при нестабильности их зарядовых свойств на энергетические параметры мощных балансных ВЧ и СВЧ полевых транзисторов в настоящий момент отсутствуют. Таким образом, влияние конструктивно-технологических факторов на воспроизводимость и стабильность электрофизических параметров мощных ВЧ и СВЧ МОП транзисторов является важной задачей при серийном производстве приборов.
Метод формирования многослойной металлизации на основе золота мощных ВЧ и СВЧ МОП транзисторных структур с помощью плазменных обработок
Определяющее влияние на качество получаемых мощных ВЧ и СВЧ МОП транзисторных структур оказывают операции плазменного травления при формировании межсоединений. Как, отмечалось в 1 главе, для достижения необходимых тепловых характеристик (температуры кристалла до 200 С) и обеспечения надежной работы современных мощных ВЧ и СВЧ МОП транзисторов на полевых транзисторных структурах формируется многослойная система металлизации на основе золота (PtSii-Pt-Au) [25, 26]. Она состоит из силицида платины в контактах (PtSi), адгезионного слоя титана (Ті) толщиной 0,2 мкм, барьерного слоя платины (Pt) толщиной 0,2 мкм и токопроводящего слоя золота (Au) толщиной 1,0 мкм.
Формирование PtSi происходит при напылении Pt методом магнетронного распыления на установке «Магна», металлические слои Ti-Pt напыляют методом магнетронного распыления на установке «Оратория 5», металлический слой Au получают элетрохимическим осаждением на установке ГОЗ-2. Топологию металлизированной разводки формируют методом проекционной фотолитографии на установке ЭМ-584А. В качестве маски используется Ті толщиной 0,35 мкм, который напыляют методом магнетронного распыления на установке «Оратория 5». Ионно-лучевое травление (ИЛТ) металлических слоев золота и платины осуществляют на модифицированной установке УВН 71П-3 с щелевым источником ИИ1 при помощи плазменных обработок, слои титана травятся химически.
Степень деградации МОП транзисторов, как было отмечено в 1 главе, в большей степени характеризуется абсолютной величиной изменения порогового напряжения (AVnop) [20]. Поэтому, для определения степени негативного влияния плазменных обработок при создании многослойной системы металлизации на основе золота на AVnop сформирована экспериментальная партия из 50 пластин с мощными СВЧ DMOS и LDMOS транзисторными структурами. Данные МОП транзисторные структуры имеют различные конструктивно-технологические особенности, в частности, системы многокомпонентного межслойного диэлектрика (МСД), традиционно используемых в серийном производстве мощных ВЧ и СВЧ МОП транзисторов:
МСД1 (пленка окисла SiC 2, полученного пиролизом тетраэтоксисилана (ТЭОС) толщиной 0,3 мкм на модифицированной установке СДОМ 3/100; "тонкая" пленка ФСС, полученная диффузией фосфора из газовой фазы толщиной 0,045 мкм на установке АДС-6-100; пленка нитрида кремния Si3N4 толщиной 0,065 мкм, полученная пиролитическим осаждением на установке «Катион»);
МСД2 (пленка окисла Si02, полученного пиролизом тетраэтоксисилана (ТЭОС) толщиной 0,25 мкм; пленка фосфоросиликатного стекла, полученная низкотемпературным пиролитическим осаждением (СТФСС) толщиной 0,75 мкм на установке «Изотрон-3»; пленка нитрида кремния Si3N4 толщиной 0,065 мкм, полученная пиролитическим осаждением на установке «Катион»).
Сначала в вскрытых контактах МОП транзисторных структур был создан силицид платины PtSi. Далее на пластины методом магнетронного распыления в установке «Оратория 5» напылялся алюминий (А1) толщиной 1 мкм, затем методом проекционной фотолитографии на установке ЭМ-584А и химическим травлением получали топологический рисунок, производили измерения пороговых напряжений VnopAi на измерителе характеристик полупроводниковых приборов Л2-56 и химически удаляли алюминиевую металлизацию (в маршруте формирования А1-металлизации отсутствовали плазменные обработки). Затем на этих же пластинах формировалась многослойная система металлизации на основе золота с использованием плазменных обработок при ионно-лучевом травлении Au-Pt и измерялись пороговые напряжения VnopAu- Из сравнительного анализа VnopAu и V110PAI определялась степень деградации статических параметров мощных ВЧ и СВЧ МОП транзисторных структур, в частности пороговых напряжений. Для устранения деградации и восстановления пороговых напряжений VnopAu мощных ВЧ и СВЧ МОП транзисторных структур после воздействия плазменных обработок при формировании металлизации применялся стандартный способ - низкотемпературный термический отжиг при температуре 470 С в течении 15 минут на диффузионной печи СДОМ 3/100, а также предложен способ - с помощью ближнего ультрафиолетового облучения.
Влияние качества границы раздела Si-Si02 на стабильность зарядовых свойств мощных ВЧ и СВЧ МОП транзисторных структур
Исследования влияния конструктивно-технологических факторов при создании основной структурной составляющей мощных ВЧ и СВЧ МОП транзисторных структур - подзатворного оксида кремния БЮг разделены на два этапа. На первом проведены исследования технологического способа подготовки поверхности кремниевых пластин перед процессом подзатворного окисления и разработаны усовершенствования по улучшению качества границы раздела Si-Si02 Качество затворов МОП-структур в основном обусловлено электрофизическими характеристиками границы раздела кремний-окисел (поверхностные состояния, ловушки захвата, встроенный и подвижный заряд в окисле) [3,4,38]. Известно, что термически выращенный окисел обычно имеет точный стехиометрический состав, хотя его структура аморфна, и его связь с поверхностью кремния очень прочна. В связи с этим, высокое качество границы раздела между полупроводником и диэлектриком является основой для успешного серийного изготовления мощных ВЧ и СВЧ МОП транзисторов.
Наиболее существенное влияние на границу раздела Si-Si02 оказывает технологическая операция подготовки поверхности кремниевых пластин перед процессом окисления. Данная технологическая операция базируется на химических методах удаления загрязнений на поверхности и в приповерхностном слое, в том числе тех, которые находятся в химической связи с материалом пластины. Химические методы подготовки поверхности пластин основаны на переводе путем химической реакции загрязнений в новое соединение, которое затем легко удаляются (травление, обезжиривание). Химическая (жидкостная) очистка предусматривает использование водных и других растворов различных реактивов. Целый ряд органических жировых загрязнений не растворяются в воде и препятствуют смачиванию водой и большинством растворов обрабатываемой поверхности кремниевых пластин (поверхность гидрофобная). Для обеспечения равномерной очистки поверхности пластин переводят в гидрофильное, т.е. смачиваемое водой, состояние [23].
В современной МОП технологии для подготовки поверхности пластин перед высокотемпературными процессами окисления или диффузии примеси, в большинстве случаев, применяется химическая отмывка в растворах КАРО (H2S04+H202) и ПАС (NH4OH+H202 +Н20). Химическая очистка в растворах КАРО (H2S04+H202) является эффективным процессом для очистки поверхности от тяжелых органических частиц. Химическая отмывка в перекисно-аммиачном растворе ПАС (NH4OH+H202+H20) служит химическим обезжириванием. Процесс обезжиривания в растворе ПАС сопровождается выделением атомарного кислорода, который вступает в химическую реакцию, как с органическими, так и неорганическими загрязнениями. Базируясь на химической отмывке в растворах КАРО и ПАС, разработаны различные технологические маршруты химической подготовки поверхности кремниевых пластин перед процессом подзатворного термического окисления [39].
Влияние химической очистки поверхности перед окислением на свойства подзатворного оксида кремния исследовано раннее по следующим параметрам: по количеству дефектов на рабочей поверхности, по величине пробивного напряжения и по величине суммарного заряда, прошедшего через Si02 до пробоя [40]. Однако, исследования стабильности зарядовых свойств подзатворного оксида кремния при различных вариантах химической подготовки поверхности перед окислением отсутствовали. Поэтому было проведено сравнительное исследование влияния различных вариантов химической отмывки перед подзатворным окислением: 1) I вариант - стандартная химическая отмывка в растворах кислот КАРО (H2S04+H202) и ПАС (NH4OH+H202+Н20); 2) II вариант - многоэтапная химическая отмывка, состоящая из стандартной отмывки (КАРО, ПАС) и отмывки в разбавленный растворах соляной и плавиковой кислот (HC1:HF:H20 -1:1:100). Основные этапы технологического маршрута I варианта стандартной химической отмывки представлены ниже: - отмывка в растворах кислот КАРО (H2S04:H202 - 7:3) при температуре 130 С; - гидромеханическая отмывка пластин; - отмывка в перекисно-аммиачной смеси: H202:NH4OH:H20 (1:1:4) при температуре 75 С; - отмывка деионизованной водой с удельным сопротивлением р=20 МОм. Как известно, на поверхности кремниевой пластин всегда присутствует «естественный» окисел, влияние которого негативно сказывается на свойствах подзатворного оксида кремния. Кроме того, при прохождении кремниевых пластин по технологическому маршруту на их поверхности адсорбируются ионы различных металлов. Поэтому для устранения данных технологических негативных факторов на свойства поверхности кремниевых пластин были применены усовершенствования технологического способа подготовки поверхности кремниевых пластин перед процессом подзатворного окисления для получения качественного подзатворного оксида кремния Si02. В технологический маршрут I варианта стандартной химической отмывки была добавлена химическая отмывка в разбавленных растворах соляной и плавиковой кислот (HC1:HF:H20 - 1:1:100). Данная дополнительная отмывка направлена на удаление адсорбированных на поверхности ионов металлов с одновременным травлением «естественного» окисла [39,40].
Технологический маршрут II варианта многоэтапной химической отмывки представлен ниже: - отмывка в растворах кислот КАРО (H2S04:H202 - 7:3) при температуре 130 С; - гидромеханическая отмывка пластин; - отмывка в перекисно-аммиачной смеси: H202:NH4OH:H20 (1:1:4) при температуре 75 С. - отмывка в разбавленных растворах соляной и плавиковой кислот (HC1:HF:H20 -1:1:100) при комнатной температуре; - отмывка деионизрванной водой с удельным сопротивлением р=20 МОм.
Разброс пороговых напряжений МОП транзисторных структур - негативный фактор для качественной работы мощных балансных ВЧ и СВЧ МОП транзисторов
Следующим этапом исследований по оценке качества и надежности мощных ВЧ и СВЧ МОП транзисторов был сделан анализ влияния разброса значений пороговых напряжений AVnop балансных приборов при нестабильности зарядовых свойств МОП транзисторных структур на токовое распределение при их работе, а также влияние AVnop - на ухудшение энергетических параметров приборов, в частности коэффициента усиления по мощности КУр.
Исследования проведены с использованием 10 балансных транзисторов типа КП979В в корпусе КТ-82, предназначенных для работы на частотах до f=230 МГц с выходной мощностью Р-300 Вт при напряжении питания ипИт=50 В (рис.4.4). Приборы были собраны на основе DMOS транзисторных структур с МСД2 исследуемой экспериментальной партии пластин.
Для восстановления порогового напряжения Vnop исследуемых DMOS транзисторных структур после негативного воздействия плазменных обработок на этапе формирования многослойной металлизации на основе золота использовался низкотемпературный отжиг при 470 С в течение 15 мин в среде азота.
Измерения пороговых напряжений Vnop произведены на тестере контроля статических параметров "Гамма-157", а измерение коэффициента усиления по мощности КУр - на стенде измерения энергетических параметров Рвых, КуР и гс в составе измерительного усилителя мощности. Результаты измерений представлены в табл.4.3. Результаты измерений показывают разброс пороговых напряжений AVnop между плечами исследуемых балансных транзисторов. Следовательно, низкотемпературный отжиг при 470 С, как способ восстановления пороговых напряжений МОП транзисторных структур после плазменных обработок на этапе формирования металлизации является недостаточно эффективным, что было показано нами в главе 3.
Из анализа результатов, представленных в табл.4.3 видно, что незначительный разброс пороговых напряжений AVnop порядка 1ч-1,5 В приводит к снижению коэффициента усиления по мощности КУр порядка 10 %.
Для этого исследуемые негерметизированные сборки мощных балансных ВЧ и СВЧ МОП транзисторов проходили обработку УФО в течении 15 минут в УФ-излучателе типа УФ 00.0001. Проведенные повторные результаты измерений основных электрических параметров представлены в таблице 4.3.
Как видно из приведенных данных, разброс пороговых напряжений AVnop в плечах мощных балансных СВЧ МОП транзисторов удалось практически полностью устранить. Данный факт можно объяснить тем, что изготовленные DMOS транзисторные структуры с МСД2 экспериментальной партии пластин до обработки УФО имели нестабильные зарядовые свойства. Применение низкотемпературного отжига позволило устранить только отжигаемую (нестабильную) часть наведенного заряда подзатворного оксида кремния, обусловленного захватом дырок на напряженных Si-О и/или Si-Si связях, а вторая - неотжигаемая (стабильная) часть наведенного заряда, представляющая собой стабильные положительно заряженные центры (Р04)+, не была нейтрализована.
Таким образом, показана возможность использования ультрафиолетового облучения, способа применяемого для восстановления порогового напряжения МОП транзисторных структур после воздействия плазменных обработок, для устранения разброса пороговых напряжений AVn0p на этапе сборки мощных ВЧ и СВЧ МОП транзисторов.
Качество работы исследуемых приборов оценивалась по температурному распределению кристаллов [50,51]. Термограммы кристаллов балансных МОП транзисторов типа КП979В получены с помощью программно-аппаратного комплекса ThermaCAM SC 3000 (ИК-тепловизор фирмы FLIR Systems, США-Швеция, Госреестр №21773-01), который позволяет выполнять следующие виды работ: 1. Измерение теплового сопротивления переход-корпус Rt п.к и (или) переход-теплоотвод Rt п.т. 2. Определение области безопасной работы. 3. Измерение температуры тепловыделяющей поверхности в диапазоне от минус 20С до 1200С с погрешностью ±2 С (или ±2% от измеряемого значения) в реальном масштабе времени (50 кадров в секунду). 4. Выбор излучательной способности объекта измерения либо из обширной базы данных по различным широко используемым в промышленности материалам и покрытиям, либо путем определения и коррекции оператором в полуавтоматическом режиме при помощи встроенного вычислительного метода. 5. Получение изображения теплового поля объекта с максимальным разрешением 1 пиксель = 30x30 мкм при использовании специального объектива для исследования объектов микроскопических размеров. При этом может использоваться цифровое увеличение до 8 раз. 6. Запись процесса измерения в виде файла с частотой 50 кадров в секунду, с последующим преобразованием полученного фильма в любой из распространенных видеоформатов - avi, Xvid, и т.п. 7. Отображение полученной тепловой картины объекта в трехмерном виде в форме псевдорельефа, когда температура каждой точки поверхности отображается в виде топографической высоты.
Похожие диссертации на Влияние конструктивно-технологических факторов на электрические параметры мощных ВЧ и СВЧ МОП транзисторов
-
-
-
