eng
ИСВЧПЭ РАН уделяет большое внимание развитию производственной инфраструктуры, в частности, последовательно реализуется модель Fab light, которая предполагает проведение исследований, разработок, моделирования, изготовления опытных образцов, а также выпуск малых серий приборов непосредственно в институте.
DOI: 10.22184/1993-8578.2017.78.7.36.40
DOI: 10.22184/1993-8578.2017.78.7.36.40
За 15 лет работы ИСВЧПЭ РАН добился весомых научных и практических результатов. Сотрудники института исследовали физические основы и разработали технологию молекулярно-лучевой эпитаксии гетероструктур на основе полупроводниковых соединений А3В5 с двумерным электронным газом для изготовления СВЧ- и КВЧ-приборов, включая HEMT, PHEMT и MHEMT на подложках GaAs и InP. Для данных типов гетероструктур на подложках GaAs и InP, а также широкозонных полупроводников AlGaN/GaN и AlGaN/AlN/GaN на подложках из сапфира и карбида кремния, разработаны принципы проектирования и созданы библиотеки пассивных и активных элементов СВЧ и КВЧ МИС. Разработана технология изготовления монолитных схем миллиметрового диапазона (59–64 ГГц) и приборов трехмиллиметрового диапазона (89–93 ГГц) с применением электронно-лучевой литографии. Созданы приемопередающие модули с размещением приемной и передающей частей на одном кристалле, причем на нитриде галлия такие интегрированные приборы получены впервые в мире. В 2017 году ИСВЧПЭ РАН первым в России реализовал технологию изготовления МИС МШУ и ГУН на основе структур GaN на кремниевой подложке.
Для проведения всесторонних исследований гетероструктур институт располагает участком молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) с установками ЦНА-9 и Riber 32P. Эти системы МЛЭ предназначены для эпитаксиального роста тонких слоев соединений A3B5 в результате реакций между термически создаваемыми молекулярными пучками компонентов и поверхностью подложки, находящейся в сверхвысоком вакууме при повышенной температуре. ЦНА-9 была изготовлена в ныне уже закрытом НИТИ Рязань. Riber 32P французской фирмы Riber имеет ростовую камеру горизонтальной геометрии и оснащена аналитическими модулями. Обе установки МЛЭ неоднократно модернизировались. Выращенные на них наногетероструктуры являются основой для разработки современных СВЧ-транзисторов и МИС.
Для плазмохимического осаждения диэлектрических слоев на пластинах диаметром до 100 мм применяется система Plasmalab System 100 ICP 180 фирмы Oxford Instruments. Технология плазмохимического осаждения с источником индуктивно связанной плазмы (ICP-CVD) характеризуется тем, что для разложения реакционного газа на активные радикалы используется плазма индуктивного разряда. Подложка размещается на электроде, к которому подводится ВЧ-напряжение для создания электрического смещения, определяющего энергию и плотность потока ионов на поверхность пластины. Управление этими параметрами позволяет реализовать низкотемпературные режимы осаждения слоев диэлектриков. Подача подложки осуществляется через вакуумный шлюз.
Низкоэнергетическое плазменное травление материалов выполняется на установке SI-500 ICP (Sentech Instruments, Германия), которая заменила применявшуюся ранее систему плазмохимического травления на основе электронного циклотронного резонанса (ЭЦР). Sentech SI-500 ICP – универсальное решение для высокоскоростного сухого травления в индуктивно-связанной плазме, позволяющее работать с полупроводниками A3B5, кремнием, диэлектриками, металлами и другими материалами. Систему отличает применение запатентованного источника индуктивно связанной плазмы, гелиевого охлаждения и динамического регулирования температуры электрода подложки, обеспечивающих оптимальную температуру процесса независимо от мощности плазмы, эффективной двухступенчатой вакуумной системы, а также надежного вакуумного загрузочного шлюза. Основные параметры процесса травления контролируются автоматически. Максимальный диаметр пластин – 200 мм.
Российские производители технологического оборудования также поучаствовали в оснащении производства ИСВЧПЭ РАН. На установке Semiteq STE EB715 выполняется электронно-лучевое напыление тонкопленочных композиций в сверхвысоком вакууме. Система имеет рабочую камеру из нержавеющей стали с интегрированным водяным охлаждением стенок, безмаслянную систему откачки на основе ионного насоса, водяной экран для предотвращения загрязнения камеры распыляемыми материалами. Неоднородность толщины наносимого материала составляет менее ± 2% на подложках диаметром до 180 мм. Расход материла может быть оптимизирован за счет изменения расстояния между подложкой и испарителем.
Для утонения пластин применяется установка Logitech PM-5 с микропроцессорным управлением, встроенной автоподачей абразивной смеси и системой электронного контроля плоскости шлифования. Данная модель оснащена прецизионным держателем, который обеспечивает плоскостность и параллельность обрабатываемых пластин. Управление всеми функциями выполняется с помощью джойстика, а необходимая информация отображается на ЖК-дисплее, расположенном на передней панели.
Одним из ноу-хау ИСВЧПЭ РАН является технология формирования затвора грибообразного сечения. Такая форма обеспечивает уменьшение емкости и сопротивления затвора, позволяя максимизировать эффективность СВЧ-транзистора. Для получения структурного элемента необходимой формы применяется электронно-лучевая литография. Институт стал первым российским и одним из первых мировых пользователей установок электронно-лучевой нанолитографии высокого разрешения RAITH150-TWO и VOYAGER производства немецкой компании Raith.
RAITH150-TWO имеет энергию пучка до 30 кэВ и позволяет формировать структурные элементы с размером менее 10 нм, экспонируя пластины диаметром до 200 мм. Генератор с частотой 20 МГц обеспечивает быструю развертку изображения. Электронно-оптическая колонна характеризуется высокой стабильностью тока пучка. Система обеспечивает высокую точность наложения при многослойной литографии и сшивке полей экспонирования.
Установленная в 2014 году система VOYAGER – разработка нового поколения, построенная на технологии Raith eWRITE, которая объединяет новую электронную оптику и инновационную систему развертки (паттерн-генератор). Установка предназначена для экспонирования подложек размером до 200 мм с производительностью более 1 см2/ч. Автоматизированная система калибровки "на лету" обеспечивает высокую эффективность работы. Максимальное разрешение – менее 10 нм. Предлагаются предварительные настройки для режимов высокого разрешения и высокой производительности, а также разработанные Raith-методы непрерывного и бесшовного экспонирования traxx и periodixx. Система характеризуется низкой чувствительностью к условиям окружающей среды и уровню шума. Благодаря тому, что мощность VOYAGER достигает 50 кэВ, формирование "ножки" и "шляпки" грибообразного затвора транзистора может выполняться за один цикл.
Для формирования других элементов СВЧ-транзисторов в ИСВЧПЭ РАН применяется контактная фотолитография, в частности, установка SUSS MJB4 IR производства SUSS MicroTec (Германия). Эта модель обеспечивает высокоточное совмещение в субмикронном диапазоне и предназначена для обработки пластин размером до 100 мм.
Как рассказал директор ИСВЧПЭ РАН Сергей Анатольевич Гамкрелидзе в интервью нашему журналу (НАНОИНДУСТРИЯ, 2017, № 6(77), 2017, с. 8–15), планы развития института включают расширение парка оборудования и начало мелкосерийного производства СВЧ-приборов, создание нового поколения приборов на нитридных структурах на кремнии, выход в новые частотные диапазоны, дальнейшую разработку комбинированных систем на кристалле. ■
Для проведения всесторонних исследований гетероструктур институт располагает участком молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) с установками ЦНА-9 и Riber 32P. Эти системы МЛЭ предназначены для эпитаксиального роста тонких слоев соединений A3B5 в результате реакций между термически создаваемыми молекулярными пучками компонентов и поверхностью подложки, находящейся в сверхвысоком вакууме при повышенной температуре. ЦНА-9 была изготовлена в ныне уже закрытом НИТИ Рязань. Riber 32P французской фирмы Riber имеет ростовую камеру горизонтальной геометрии и оснащена аналитическими модулями. Обе установки МЛЭ неоднократно модернизировались. Выращенные на них наногетероструктуры являются основой для разработки современных СВЧ-транзисторов и МИС.
Для плазмохимического осаждения диэлектрических слоев на пластинах диаметром до 100 мм применяется система Plasmalab System 100 ICP 180 фирмы Oxford Instruments. Технология плазмохимического осаждения с источником индуктивно связанной плазмы (ICP-CVD) характеризуется тем, что для разложения реакционного газа на активные радикалы используется плазма индуктивного разряда. Подложка размещается на электроде, к которому подводится ВЧ-напряжение для создания электрического смещения, определяющего энергию и плотность потока ионов на поверхность пластины. Управление этими параметрами позволяет реализовать низкотемпературные режимы осаждения слоев диэлектриков. Подача подложки осуществляется через вакуумный шлюз.
Низкоэнергетическое плазменное травление материалов выполняется на установке SI-500 ICP (Sentech Instruments, Германия), которая заменила применявшуюся ранее систему плазмохимического травления на основе электронного циклотронного резонанса (ЭЦР). Sentech SI-500 ICP – универсальное решение для высокоскоростного сухого травления в индуктивно-связанной плазме, позволяющее работать с полупроводниками A3B5, кремнием, диэлектриками, металлами и другими материалами. Систему отличает применение запатентованного источника индуктивно связанной плазмы, гелиевого охлаждения и динамического регулирования температуры электрода подложки, обеспечивающих оптимальную температуру процесса независимо от мощности плазмы, эффективной двухступенчатой вакуумной системы, а также надежного вакуумного загрузочного шлюза. Основные параметры процесса травления контролируются автоматически. Максимальный диаметр пластин – 200 мм.
Российские производители технологического оборудования также поучаствовали в оснащении производства ИСВЧПЭ РАН. На установке Semiteq STE EB715 выполняется электронно-лучевое напыление тонкопленочных композиций в сверхвысоком вакууме. Система имеет рабочую камеру из нержавеющей стали с интегрированным водяным охлаждением стенок, безмаслянную систему откачки на основе ионного насоса, водяной экран для предотвращения загрязнения камеры распыляемыми материалами. Неоднородность толщины наносимого материала составляет менее ± 2% на подложках диаметром до 180 мм. Расход материла может быть оптимизирован за счет изменения расстояния между подложкой и испарителем.
Для утонения пластин применяется установка Logitech PM-5 с микропроцессорным управлением, встроенной автоподачей абразивной смеси и системой электронного контроля плоскости шлифования. Данная модель оснащена прецизионным держателем, который обеспечивает плоскостность и параллельность обрабатываемых пластин. Управление всеми функциями выполняется с помощью джойстика, а необходимая информация отображается на ЖК-дисплее, расположенном на передней панели.
Одним из ноу-хау ИСВЧПЭ РАН является технология формирования затвора грибообразного сечения. Такая форма обеспечивает уменьшение емкости и сопротивления затвора, позволяя максимизировать эффективность СВЧ-транзистора. Для получения структурного элемента необходимой формы применяется электронно-лучевая литография. Институт стал первым российским и одним из первых мировых пользователей установок электронно-лучевой нанолитографии высокого разрешения RAITH150-TWO и VOYAGER производства немецкой компании Raith.
RAITH150-TWO имеет энергию пучка до 30 кэВ и позволяет формировать структурные элементы с размером менее 10 нм, экспонируя пластины диаметром до 200 мм. Генератор с частотой 20 МГц обеспечивает быструю развертку изображения. Электронно-оптическая колонна характеризуется высокой стабильностью тока пучка. Система обеспечивает высокую точность наложения при многослойной литографии и сшивке полей экспонирования.
Установленная в 2014 году система VOYAGER – разработка нового поколения, построенная на технологии Raith eWRITE, которая объединяет новую электронную оптику и инновационную систему развертки (паттерн-генератор). Установка предназначена для экспонирования подложек размером до 200 мм с производительностью более 1 см2/ч. Автоматизированная система калибровки "на лету" обеспечивает высокую эффективность работы. Максимальное разрешение – менее 10 нм. Предлагаются предварительные настройки для режимов высокого разрешения и высокой производительности, а также разработанные Raith-методы непрерывного и бесшовного экспонирования traxx и periodixx. Система характеризуется низкой чувствительностью к условиям окружающей среды и уровню шума. Благодаря тому, что мощность VOYAGER достигает 50 кэВ, формирование "ножки" и "шляпки" грибообразного затвора транзистора может выполняться за один цикл.
Для формирования других элементов СВЧ-транзисторов в ИСВЧПЭ РАН применяется контактная фотолитография, в частности, установка SUSS MJB4 IR производства SUSS MicroTec (Германия). Эта модель обеспечивает высокоточное совмещение в субмикронном диапазоне и предназначена для обработки пластин размером до 100 мм.
Как рассказал директор ИСВЧПЭ РАН Сергей Анатольевич Гамкрелидзе в интервью нашему журналу (НАНОИНДУСТРИЯ, 2017, № 6(77), 2017, с. 8–15), планы развития института включают расширение парка оборудования и начало мелкосерийного производства СВЧ-приборов, создание нового поколения приборов на нитридных структурах на кремнии, выход в новые частотные диапазоны, дальнейшую разработку комбинированных систем на кристалле. ■
Отзывы читателей
