Тестовый полевой транзистор Шоттки

Полезная модель относится к области радиотехники и микроэлектроники и может быть использована при создании СВЧ монолитных интегральных схем (МИС).
Монолитные интегральные схемы находят свое применение в современных радиоэлектронных системах, работающих в СВЧ-диапазоне, где необходимы небольшие размеры и высокая надежность. Примерами таких систем на основе МИС могут служить приемники и передатчики систем связи, фазированные антенные решетки (ФАР), датчики, работающие на сверхвысоких частотах и т.п. Монолитная интегральная схема обычно представляет собой функционально законченное устройство и не требует использования каких-либо внешних задающих и подстроечных элементов. Типичными МИС являются малошумящие усилители, смесители, усилители мощности, модуляторы и т.д.
Для достижения требуемой корреляции расчетных и измеренных характеристик микросхем необходимо осуществлять тщательный контроль параметров элементов, входящих в состав МИС, в процессе изготовления. Для этого в состав разработанной топологии наряду с чипами, имеющими топологию МИС, вводятся тестовые чипы (тест-монитор), которые включают в себя основные элементы, входящие в состав МИС. Наиболее часто в качестве активного элемента в составе МИС, например, МИС малошумящего усилителя, усилителя мощности, генератора управляемого напряжением или усилителя гетеродина, применяется полевой транзистор с барьером Шоттки. По сравнению с другими элементами микросхемы транзистор требует более прецизионного контроля при изготовлении. Это связано со спецификой формирования затворной области, поскольку проектные нормы длин затворов в отдельных случаях составляют несколько десятков нанометров. Процесс травления подзатворной области рабочих транзисторов контролируется по специально организованному тестовому транзистору. Опыт использования такого транзистора показывает, что зачастую он имеет характеристики отличные от рабочих.
В [1. «Перспективы развития мощных полевых транзисторов на гетероструктурах с донорно-акцепторным легированием» В.М. Лукашин, А.Б. Пашковский, К.С. Журавлев, А.И. Торопов, В.Г. Лапин, Е.И. Голант, А.А. Капралова, Физика и техника полупроводников, 2014, том 48, вып. 5, стр. 688, рис. 2] представлен аналог тестового полевого транзистора Шоттки для контроля значения удельного тока насыщения при формировании каналов полевых транзисторов, содержащий омические контакты истока и стока, а также затвор транзистора. Недостатком такого тестового транзистора является отличие уровня удельного тока насыщения, что можно объяснить разными условиями травления подзатворной области и наличием эффектов близости.
Разница условий травления определяется, в первую очередь, разницей в топологиях тестового и рабочего транзисторов. Отличие топологий тестового и рабочего транзисторов заключается в наличии дополнительных открытых площадок в маске фоторезиста для зондового операционного контроля, из-за которых эффекты близости, возникающие при изготовлении металлизированного фотошаблона, приводят к увеличению длины затвора тестового транзистора по сравнению с рабочим. При переходе к субмикронным размерам вносимая разница в уровне удельных токов насыщения становится более существенной. Кроме того, на этапе формирования фоторезистивной маски на пластине происходит дополнительное экспонирование области затвора тестового транзистора, что в свою очередь также оказывает влияние на разницу длин затворов. Еще одним фактором, возможно, является различие в условиях травления подзатворной области (скорость удаления продуктов травления из области затвора). Суммарное влияние описанных факторов приводит к появлению разницы в глубине травления подзатворной области тестового и рабочего транзисторов, и, следовательно, к разнице удельных токов насыщения и напряжений отсечки.
В [2. «Формирование тестовых ячеек для контроля арсенид-галлиевых микроструктур на пластине» Г.О. Тимофеев, М.В. Драгуть, О.А. Лукьянцев, 2013, Вестник Новгородского Государственного Университета №75, Т. 1] описывается тестовый полевой транзистор Шоттки с шириной затвора 100 мкм, принятый за прототип, который используется для контроля значения удельного тока насыщения при формировании каналов полевых транзисторов, содержащий омические контакты истока и стока, а также затвор транзистора. При такой топологии контактные площадки истока и стока сильно удалены от области затвора, что предотвращает дополнительное экспонирование области затвора, а также ослабляет влияние эффекта близости.
Недостатком данного тестового транзистора является дополнительное сопротивление токопроводящих дорожек, соединяющих активную область с контактными площадками, что приводит к разнице характеристик тестового и рабочего транзисторов, кроме того, токопроводящие дорожки увеличивают габариты тестового чипа.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является разработка тестового полевого транзистора Шоттки, обеспечивающего минимальную разницу значений удельных токов насыщения и напряжений отсечки между рабочим и тестовым транзисторами.
Для решения поставленной задачи предлагается тестовый полевой транзистор Шоттки, содержащий омические контакты истока и стока, а также затвор транзистора, отличающийся уменьшенным размером контактной площадки затворной металлизации до размера контактной площадки рабочего транзистора, уменьшенной длиной токопроводящих дорожек между активной областью и открытыми областями к омическим контактам истока и стока тестового полевого транзистора Шоттки, расположением на этапе формирования канала открытых областей в слое фоторезистивной маски к истоку и стоку на максимально удаленной от канала тестового полевого транзистора Шоттки части омических контактов.
Технический результат - разработанный тестовый полевой транзистор Шоттки обеспечивает одинаковые условия формирования активных областей тестового и рабочего транзисторов, а следовательно, идентичность значений удельных токов насыщения и напряжений отсечки тестового и рабочего транзисторов на единицу ширины затвора. Разница удельных токов насыщения лежит в пределах точности измерения прибора и составляет не более 3%, что позволяет с высокой точностью получать требуемые характеристики рабочих транзисторов в составе МИС и приводит к повышению процента выхода годных.
Топология рабочего транзистора изображена на фиг. 1 (вид сверху), топология разработанного тестового транзистора изображена на фиг. 2 (вид сверху).
Рабочий транзистор (фиг. 1) представляет собой область мезаизоляции 1, на которой сформированы омические контакты истока 2 и стока 3, а также затвор 4, имеющий контактную площадку 5 для соединения со следующими уровнями металлизации. Тестовый транзистор (фиг. 2) представляет собой область мезаизоляции 1 и омические контакты истока 2 и стока 3 с уменьшенной длиной токопроводящих дорожек, у которых на этапе формирования канала дополнительно формируется открытая область в слое фоторезистивной маски к истоку 6 и открытая область в слое фоторезистивной маски к стоку 7, расположенные на максимально удаленной части омических контактов, и затвор 4 с уменьшенным размером контактной площадки 5 до размера контактной площадки рабочего транзистора для последующего зондового межоперационного контроля.
Принцип работы устройства основан на известных свойствах полевых транзисторов Шоттки. Измерительные зонды на этапе формирования канала устанавливаются на открытую область в слое фоторезистивной маски к истоку 6 и открытую область в слое фоторезистивной маски к стоку 7 для измерения удельного тока насыщения. После формирования затворной металлизации измеряются вольт-амперные характеристики транзистора, такие как удельный ток насыщения, напряжение отсечки, крутизна вольт-амперной характеристики и утечки по затвору, что позволяет контролировать параметры транзисторов между технологическими операциями.
Оптимизация топологии тестового полевого транзистора Шоттки позволяет:
- устранить влияние эффекта близости;
- обеспечить идентичное протекание процессов удаления продуктов реакции на этапе формирования затворной области;
- уменьшить сопротивления токопроводящих дорожек, соединяющих активную область и контактные площадки;
- уменьшить габариты тестового элемента.
При использовании полезной модели возможно обеспечение одинаковых условий формирования активных областей тестового и рабочего транзисторов.