文档介绍：?集成电路设计根底?
山东大学 信息学院
刘志军
6/23/2022
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上次课内容
第3章 集成电路工艺简介
引言
外延生长工艺
〔8〕第六次光刻——金属化内连线光刻
反刻铝形成金属化内连线后的芯片复合图及剖面图如图。
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MESFET工艺与HEMT工艺
MESFET是第一代GaAs晶体管 类型和工艺标识，是 GaAs 单片集成电路技术的根底，现在是 GaAs VLSI 的主导工艺。
HEMT工艺是最先进的GaAs集成电路工艺。
MESFET和HEMT两者的工作原理和工艺制造根底根本一样。
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MESFET工艺
如下图将示出GaAs MESFET的根本结构。在半绝缘 (Semi-isolating，.)GaAs衬底上的N型GaAs 薄层为有源层。这一层可以采用液相外延(LPE)、汽相外延(VPE)或分子束外延(MBE)三种外延方法沉积形成，也可以通过离子注入形成。
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MESFET工艺
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MESFET工艺
〔1〕有源层上面两侧的金属层通常是金锗合金, 通过沉积形成, 与有源层形成源极和漏极的欧姆接触。这两个接触区之间的区域定义出有源器件, 即MESFET的电流沟道。MESFET通常具有对称的源漏结构。沟道中间区域上的金属层通常是金或合金, 与有源层形成栅极的肖特基接触。
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MESFET工艺
〔2〕由于肖特基势垒的耗尽区延伸进入有源层，使得沟道的厚度变薄。根据零偏压情况下沟道夹断的状况，可形成两种类型的MESFET：增强型和耗尽型。
对于增强型MESFET，由于内在电势形成的耗尽区延伸到有源区的下边界， 沟道在零偏压情况下是断开的。而耗尽型MESFET的耗尽区只延伸到有源区的某一深度，沟道为在零偏压情况下是开启的。
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MESFET工艺
〔3〕在栅极加电压，内部的电势就会被增强或减弱，从而使沟道的深度和流通的电流得到控制。作为控制端的栅极对MESFET的性能起着重要的作用。
由于控制主要作用于栅极下面的区域，所以， 栅长即栅极金属层从源极到漏极方向上的尺寸，是MESFET技术的重要参数。
常规情况下，栅长越短，器件速度越快。m的MESFET的截止频率约为50GHz。迄今为止，栅长已减小到100nm的尺度。
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MESFET工艺的效果
与HEMT工艺相比，相对简单和成熟的MESFET工艺使得 光通信中高速低功率VLSI 的实现成为可能。
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高电子迁移率晶体管〔HEMT〕
在N型掺杂的GaAs 层中，电子漂移速度主要受限于电子与施主的碰撞。要减小碰撞时机应减小掺杂浓度〔最好没有掺杂〕，但同时希望在晶体结构中存在大量可高速迁移的电子，这就是高电子迁移率晶体管〔HEMT〕的原创思路。由于在晶体结构中存在大量可高速迁移电子， HEMT早期也被称为二维电子气场效应管〔TEGFET〕。
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HEMT工艺
HEMT也属于FET的一种，它有与MESFET相似的结构。
HEMT与MESFET之间的主要区别在于有源层。
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简单的HEMT的层结构
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HEMT工艺
一种简单的HEMT有如上图所示的结构。. GaAs衬底上，一层薄的没有掺杂的GaAs层被一层薄〔50-100nm〕N掺杂的AlGaAs层覆盖，然后在其上面，再形成肖特基栅极、源极与漏极欧姆接触。由于AlGaAs〔 eV〕和GaAs〔 eV〕的禁带不同，在AlGaAs层的电子将会进入没掺杂的GaAs层，并留在AlGaAs /GaAs相结处附近，以致形成二维的电子气〔2DEG〕。
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HEMT工艺
根据图结构HEMT栅极下AlGaAs层的厚度与掺杂浓度，其类型可为增强型或耗尽型，即自然断开和自然开启。对器件的测量明确，相对于掺杂的MESFET层，它有更强的电子移动能力。
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