半导体工艺线CAM及SPC的应用

探讨了在多品种小批量半导体工艺生产线上开发应用CAM技术及实现SPC控制的方法。作者及同事开发了适用于所在工艺线特点的CAM软件系统程序——WI系统,用于工艺的指导和记录、生产的安排和监控以及数据的记录和提取。利用SPC方法对由WI提取的数据进行统计分析处理,做出控制图,对各种工艺异常进行分析判断进而做出工艺调整,以实现有效的工艺监控,逐步提高工艺加工能力和稳定性。该生产控制方法的应用为工艺线产品的研制和生产提供了有力保证。     

一种鱼骨型GaN HEMT分布式模型

基于传输线理论,推导了GaN HEMT沟道分布式等效电路模型,为有效提取GaN HEMT小信号模型参数提供了依据。设计了一种新颖的鱼骨型GaN HEMT器件结构,由于采用了较短的栅指,非常有利于纵向散热,与常规型HEMT器件结构相比,热阻有了明显改善,但也增加了建模的复杂度。采用分布式建模技术,为鱼骨型器件建立了一种分布式等效电路模型,模型在1~20 GHz内与实测S参数吻合较好,表明分布式建模技术可以用于准确地模拟鱼骨型GaN HEMT器件的高频特性。     

GaAs高效率高线性大功率晶体管

介绍了一种GaAs高效率高线性大功率晶体管的设计、制作和性能,包括材料结构设计、电路的CAD优化设计、功率合成技术研究等。通过管芯的结构设计、材料优化,进行了GaAs微波大栅宽芯片的研制;通过内匹配技术对HPFET(high performance FET)管芯进行阻抗匹配,实现了器件的大功率输出;通过提高栅-漏击穿电压、降低饱和压降等手段提高器件的功率和附加效率;通过严格控制栅凹槽的宽度,实现了较好的线性特性。测试结果表明,器件在5.3~5.9GHz频段内,P1dB为45W,功率附加效率ηadd为41%,实现了预期的设计目标。     

8.9W/mm高功率密度SiC MESFET器件研制

基于自主研发的碳化硅(SiC)材料外延技术,优化了材料各层结构及参数,减小了Al记忆效应,最终得到了高质量SiC外延片。采用自主研发成熟的SiC MESFET工艺平台,制作了多凹栅器件结构,优化了凹槽尺寸,采用细栅制作技术完成了栅电极制作,最终得到了不同栅宽的SiC MESFET芯片。突破了大栅宽芯片流片、封装及大功率脉冲测试技术,研制成功了微波功率特性良好的MESFET器件。微波测试结果表明,在2 GHz脉冲条件下,0.25 mm栅宽器件,输出功率密度达到8.96 W/mm,功率附加效率达到30%。单胞20 mm大栅宽器件,3.4 GHz脉冲条件下,功率输出达到94 W,功率附加效率达到22.4%。     

Ka波段高效率GaAs功率放大器MMIC

采用GaAs PHEMT工艺,研究了PHEMT器件材料结构和大信号建模,分析了如何提高电路效率,并利用ADS软件对电路进行了原理图与版图优化设计,成功研制了高效率Ka波段GaAs功率放大器MMIC。电路采用三级级联放大,各级选取合适的总栅宽,使用Wilkinson功率分配/合成网络,采用阻性网络消除奇模振荡,输入输出均匹配至50Ω。在36～40 GHz频带内测试,测试结果表明:饱和输出功率大于2 W,功率增益大于17 dB,功率附加效率大于20%,频带内最高效率高达25%,芯片尺寸3.7 mm×3.2 mm。     

太赫兹 InP HEMTs 的神经网络建模方法

包含新技术、新材料的非传统器件的不断涌现使现有的模型已不能完全表征THz 器件的特性。而采用神经网络 建模的方法,可极大地提高建模的效率和精确度,解决一系列传统模型所无法解决的问题,是一种新型的CAD 建模方法。 本文采用神经网络空间映射的方法,在传统的粗模型的基础上对输入信号进行有效地修正,从而得到适合太赫兹器件的 精确模型,器件的截止频率Ft 和最高振荡频率Fmax 分别为220GHz 和310GHz。模型在直流IV 和1-110GHz 范围内的S 参数与测试结果吻合较好,比传统粗模型的精度有了较大的提高。     

栅长为83-nm的毫米波低噪声InP基PHEMTs的研制

本文设计并实现了一种83-nm T型栅的InP基In0.52Al0.48As/In0.65Ga0.35As赝配高电子迁移率晶体管（PHEMT）。该器件的总栅宽为2×30μm,展现了良好的DC直流、RF射频以及低噪声特性,包括最大饱和电流密度Idss和最大有效跨导gm,max分别为894mA/mm和1640mS/mm。基于1~110 GHz全频段在片测试的S参数外推获得的最大截止频率ft和最大振荡频率fmax分别为247GHz和392GHz。测得的器件拐点（稳定因子k=1）频率为102GHz,因此,基于拐点外推获得的fmax更加准确。采用冷源法完成器件的在片噪声参数的测试,测得的最小噪声系数NFmin在30GHz时为1dB,相关增益Gass为14.5dB。这些良好结果的获得是由于沟道层中InAs摩尔组分的增加,沟道层厚度的减小,栅长的缩短以及寄生效应的减小。这些优良的特性使得该器件非常适合于毫米波频段低噪声单片集成电路的应用。     

3 mm 频段InP HEMT 低噪声器件研究

通过优化设计材料纵向结构,得到了满足3 mm频段工作的InP外延材料结构,最终采用外延工艺制作了InP外延材料。设计了3 mm频段InP HEMT器件横向结构,确定合适源漏间距和单指栅宽,基于InP外延材料采用自主研发流片工艺,优化了欧姆接触工艺,最终制作成功3 mm频段InP HEMT低噪声器件。测试结果表明,在频率为75～110 GHz,Uds为1.2 V,Ugs为-0.1 V时,InP HEMT单胞器件最大增益大于9 dB,噪声系数1.2 dB。     

0.25μm高精度T型栅制作工艺研究

基于双层胶i线光刻工艺,对0.25μm T型栅制作技术进行了优化,采用Relacs工艺处理方法缩短了栅长,满足了栅长精度要求,通过工艺优化解决了双层胶之间不同胶层间的互溶问题。通过优化制作流程,形成了工艺规范,解决了工艺中存在的一致性及稳定性差的问题,最终采用双层胶工艺制作成功形貌良好的0.25μm高精度T型栅。工艺优化结果表明,与其他0.25μm T型栅制作工艺方法相比,双层胶i线光刻工艺具有制作效率高和精度高的优点,基于其制作的T型栅结构有利于金属淀积和剥离,栅根及栅帽形貌良好,为GaAs及GaN 微波器件及MMIC制作提供了可靠的工艺技术。     

通孔内镀金工艺研究

针对化合物半导体芯片通孔内镀金层薄导致通孔接地电阻大的问题,优化了喷液电镀台和挂镀电镀台的通孔镀金工艺条件,研究了两者在电镀过程中的镀液流场的差异,分析了两种电镀方式的工艺结果有显著差异的原因。喷液电镀台最佳工艺条件:直流电镀,电流积为15 A·min,电流密度为0.4 A/dm2,镀液体积流量为20 L/min时,对深宽比约为2∶1的通孔样品进行电镀,得到孔内外镀层厚度比接近1∶1的良好电镀效果。实验结果表明:喷液电镀台在晶圆通孔电镀方面有较大优势,可在不增加背面镀金厚度的情况下增加通孔内镀层厚度,不仅解决了芯片通孔内镀金层薄的问题,而且有利于降低成本,是今后通孔电镀工艺发展的方向之一。