Московський інститут електронної техніки
(ТУ)
Курсова робота
по курсу
Технологія матеріалів електронної техніки
на тему
Технологія структур кремнію на ізоляторі
Москва 2008 р.
Зміст
Введення
1. Переваги технології КНІ
2. Конструктивне виконання структур КНІ
3. Технології створення структур КНІ
3.1 Іонне впровадження
3.2 Зрощення пластин
3.3 Керований скол
3.4 Епітаксия
4. Технологічний маршрут і операції отримання структур КНІ методом керованого сколювання
5. Використання технології КНІ в техніці
6. Перспективи
Список літератури
Введення
Структура КНІ являє собою технологію виготовлення напівпровідникових приладів, заснованої на застосуванні в якості підкладки тришарової структури кремній-діелектрик-кремній замість звичайно застосовуваних монолітних кремнієвих пластин.
Розвиток технологій виробництва структур "кремній на ізоляторі" (КНІ) в умовах чистих виробничих приміщень та лабораторій необхідно для:
1) створення нової елементної бази мікроелектроніки (призначеної для виробництва інтегральних схем з найкращими експлуатаційними параметрами і радіаційно стійких ІС);
2) наукових досліджень (Відпрацювання нових техноло
гічних маршрутів виробництва структур КНІ, вивчення впливу дефектів на механічні, структурні та електрофізичні властивості структур КНІ, вивчення можливості створення макетів приладів та самих приладів на основі лабораторних структур КНІ, виробництво лабораторних структур КНІ для підприємств з метою їх наукового та практичного використання в нових виробах);
3) фундаментальних досліджень процесів і явищ при імплантації, відпалі, зрощуванні, а також дефектоутворення в тонких шарах монокристалічного кремнію і ізолюючих шарах діелектрика;
4) створення спеціалізованого устаткування і відповідних технологічних процесів промислового виробництва приладових структур КНІ.
1. Переваги технології КНІ
Структури КНІ є одним з найбільш зручних вихідних матеріалів для розвитку нанотехнології і створення прототипів активних елементів на квантово ефектах для супербистродействующіх обчислювальних засобів.
Структури КНІ володіють істотними перевагами в порівнянні зі звичайними пластинами кремнію і необхідні для розробки: радіаційно стійких ІС (і апаратури на їх основі); термостійких ІС; нізкоенергопотребляемих ІС; високовольтних ІС; а також для створення різних мікроелектромеханічних пристроїв.
Експерти передбачають, що до 2010 р. приблизно половина всіх ІС буде вироблятися на основі КНІ. Ці перспективи зумовлені низкою обставин:
1. ІС на основі КНІ більш надійні, ніж ІС на основі монокристалічних напівпровідникових пластин, оскільки повна ізоляція елементів ІС діелектриком досконаліша, ніж ізоляція p-n переходами. Верхня межа діапазону робочих температур ІС на основі КНІ істотно вище (300 ... 400 В° С), ніж аналогічний межа ІС на основі монокристалічного кремнію (125 ... 150 В° С). Це пояснюється тим, що діелектрична ізоляція більш термостійкі, ніж ізоляція pn переходами. Радіаційна стійкість ІС на основі КНІ істотно вище стійкості ІС на основі монокристалічного кремнію. Саме з цієї причини СКНД є в даний час основою радіаційно стійких МОП ІС.
2. Щільність компонування елементів ІС на основі СКНД в 1,5 ... 3 рази вище, ніж щільність компонування елементів ІС на основі монокристалічного кремнію, оскільки ізоляція діелектриком компактніша, ніж ізоляція р-n переходами. У цьому випадку в МОП ІС немає необхідності формувати ізоляційні кишені, крім того, приладовий шар СКНД можна виготовити надтонким (до 0,1 мкм) і, відповідно, зменшити розміри елементів ІС. Зменшення розмірів елементів ІС дає можливість зменшити напругу живлення ІС до 1,5 В і менше, що дозволяє, в свою чергу, знизити розсіюваною потужність і зменшити розміри і масу джерел живлення.
3. Заміна ізоляції р-n переходами на ізоляцію діелектриком зменшує паразитні ємності та опору в ІС, в результаті чого в 1,5 ... 2 рази підвищується швидкодія схем. Зменшення розмірів елементів ІС також підвищує швидкодію і спрощує їх конструкцію, що призводить до спрощення технології ІС, зокрема, до виключенню близько 30 технологічних операцій в технології КМОП ИС і до підвищення виходу придатних приладів.
4. СКНД можуть служити базою для виготовлення більш складних структур, наприклад, SiGe/Si [2], володіють оптоелектронним властивостями, відсутніми у кремнію. Крім того, на основі КНІ простіше масштабувати елементи ІС аж до квантово і одноелектронних приладів (транзисторів), при цьому пригнічуються багато паразитні ефекти (наприклад, короткоканальний ефект, паразитна інжекція носіїв заряду з підкладки).
Перспективність використання КНІ обумовлена ​​також тим, що різноманіття їх можливих конструкцій задовольняє переважній більшості вимог розробників ІС:
- товщина приладового шару може бути витримана в діапазоні від 0,1 до 200 мкм;
- питомий опір приладового шару може бути будь-яким в діапазоні від 0,003 Ом В· см до 10000 Ом В· см;
- ізолюючий діелектрик може бути будь-якого типу: монокристалічний, аморфним, полікристалічним;
- опорна пластина може бути виготовлена ​​з матеріалу з гранично високою теплопровідністю.
2. Конструктивне виконання структур КНІ
Підкладка, виконана за технології кремній на ізоляторі, являє собою тришаровий пакет, який складається з монолітної кремнієвої пластини, діелектрика і розміщеного на ньому тонкого поверхневого шару кремнію. В якості діелектрика може виступати діоксид кремнію SiO2 або, набагато рідше, сапфір (в цьому випадку технологія називається В«кремній на сапфіріВ» або КНС).
Рис.1 Структура КНІ
Першим напрямком була гетероепітаксія кремнію на сапфірі (КНС). Самим труднопреодолімим перешкодою в КНС виявилося напружене і містить величезну щільність дефектів і домішок стан інтерфейсу. У міру зростання товщини шару структура поліпшувалася, однак, для КМОП ИС товщина шару повинна бути близько 0,6 мкм; при такій товщині шари КНС займали середнє положення між монокристаллическими і аморфними шарами. Однак кремній на сапфірі є що відбулася технологією з довгою історією успішного застосування в космічних програмах, що пояснюється його високою стійкість до випромінювання, у тому числі і до радіації.
Значно більше якісним діелектриком є ​​аморфний SiO 2 , особливо отриманий термічним осадженням.
Першим прикладом структур кремнію на ізоляторі на основі високоякісного вихідного матеріалу з'явилися кремнієві структури з діелектричною ізоляцією (КСДІ).
Рис.2 КСДІ в розрізі: 1-монокремній; 2-плівка SiO 2 ; 3-опорний полікремній
Для виготовлення КСДІ використовуються звичайні технологічні установки: обладнання для виготовлення кремнієвих пластин та їх хімобробки, високотемпературні печі для окислення кремнію і дифузії в нього домішок, установки для вирощування дрібнозернистого полікристалічного кремнію і для вирощування крупноблочного полікристалічного кремнію.
В даний час ці структури застосовуються вкрай рідко з цілого ряду причин:
1) велика товщина шарів монокремній, укладених в ізольовані кишені (~ 20 мкм), і неоднорідність її в партії і по площі пластини (не менше В± 15% згідно ТУ).
2) забруднення кремнію в кишенях при тривалому високотемпературному нарощуванні опорного полікремнію і догляд параметрів матеріалу від номінальних;
3) невисока якість поверхні до абразивного впливу кремнію і стінок SiO 2 , що виходять за пов...
