тмиэт / Экзамен Тмеет / 3ий

№ 5293

А.М. Светличный, А.С. Наумченко,

Л.А. Светличная, И.Л. Житяев

Методы изоляции элементов

микро- и наноструктур

А.М. Светличный, А.С. Наумченко,

Л.А. Светличная, И.Л. Житяев

Методы изоляции элементов

микро- и наноструктур

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«Южный федеральный университет»

А.М. Светличный, А.С. Наумченко,

Л.А. Светличная, И.Л. Житяев

Методы изоляции элементов микро- и наноструктур

Учебное пособие

Ростов-на-Дону Издательство Южного федерального университета

2014

УДК 621.3.049.771.14 (075.8) + 621.382.8 (075.8)

Рецензенты:

доктор технических наук, профессор, зам. директора по инновациям и науке ООО «Саунд»

Филатов К.В;

кандидат технических наук, доцент кафедры КЭС ИНЭП ЮФУ Замков Е.Т.

Светличный А.М., Наумченко А.С., Светличная Л.А., Житяев И.Л. «Методы изоляции элементов микро- и наноструктур»: учебное пособие. – Ростов-на-Дону: Изд-во ЮФУ, 2014. – 56 с.

В пособии рассмотрены базовые методы изоляции элементов интегральных схем. Основное внимание уделено комбинированным методам изоляции и изоляции диэлектриком. Рассмотрены технологические процессы, достоинства и недостатки методов. Показана перспективность создания радиационностойких быстродействующих ИС с использованием технологий КНИ и КНС.

Пособие может быть использовано при подготовке бакалавров специальностей 210100, 211000, 210202, 280301 при изучении курса «Процессы микро- и нанотехнологии», а также магистров по направлениям 280304 в курсе «Плазменные и лучевые процессы нанотехнологии».

Табл. 3. Ил. 24. Библиогр.: 18 назв.

4

Введение

За последние годы микроэлектроника в области производства интегральных схем (ИС) добилась впечатляющих результатов. Комплексное решение конструкторско-технологических задач повысило степень интеграции и быстродействие ИС. Использование меди вместо алюминия в технологическом процессе изготовления ИС позволило увеличить число транзисторов на одном кристалле до 150-200 млн [1-4]. Переход на новый материал кремний с германием (SiGe) повысил скорость микросхем в 2-4 раза,

частоту транзистора с 45 до 120 ГГц.

Разработка технологии кремний-на-изоляторе увеличила скорость микросхем на 25 % с одновременным снижением энергопотребления.

Использование вместо изолирующей пленки двуокиси кремния других изолирующих материалов с более высокими диэлектрическими параметрами позволило значительно уменьшить размеры транзисторов, снизить токи утечки,

повысить плотность транзисторов на кристалле с одновременным снижением энергопотребления.

Приведенные примеры наглядно показывают, какое влияние оказывает на прогресс микроэлектроники использование новых материалов и технологических процессов.

Ближайшие цели микроэлектронных технологий заключаются в переходе на технологические процессы с более высоким разрешением. Для решения этих задач на передний план выходят фундаментальные исследования по получению бездефектного особо чистого как исходного кремния, так и технологии изготовления ИС с контролируемой и управляемой дефектностью структур в процессе их производства. Кроме повышения качества пластин для снижения стоимости микроэлектронных изделий и повышения их конкурентоспособности успешно выполняется программа перехода на пластины диаметром до 45 см.

Это позволяет снизить стоимость затрат на изготовление ИМС по сравнению с диаметром пластин 150 мм в 8-10 раз.

5

Быстродействие ИС, стойкость к факторам, приводящим к изменению проводимости подложки: свету, температуре, радиационным воздействиям во многом определяется изоляцией элементов интегральных схем. Поэтому рассмотрение базовых методов изоляции элементов микро- и наноструктур будет полезно при подготовке специалистов в области микросистемной техники, микро- и наноэлектроники. Дальнейший прогресс развития электроники ведущие эксперты мира связывают с развитием нанотехнологии

[5]. Сейчас трудно определить границы использования известных технологических процессов изготовления ИС в нанотехнологии. Однако разработанные базовые технологические создания элементов ИС являются основой для развития нанотехнологии.

6

1. Изоляция элементов интегральных схем

Научно-технический прогресс в области производства цифровых интегральных схем базируется на основе совершенствования схемотехнических решений, разработок топологии, способов изготовления фотошаблонов,

совершенствования методов фотолитографии, способов и методов изоляции ИС, разработке нового технологического оборудования, позволяющего прецезионно выполнять технологические операции, методов получения бездефектных полупроводниковых пластин большого размера.

Основные методы изоляции элементов ИС позволяют изготовлять приборы на проводящей и непроводящей подложке. На проводящей подложке изоляция элементов ИС осуществляется p–n-переходом и тонкой пленкой диэлектрика. На непроводящей – изоляцией воздушными промежутками и диэлектрическими материалами (рис. 1).

Методы излояции элементов ИС

7

В целом основные методы изоляции (а их насчитывается более 30) можно разделить на три основные группы:

1.Изоляция обратно смещенным p–n-переходом.

2.Изоляция диэлектриком.

3.Комбинированные методы изоляции.

Методы каждой группы можно разделить на две подгруппы:

-p–n-переходы активных элементов и разводка формируются до изоляции;

-p–n-переходы и разводка создаются после изоляции областей монокристаллического кремния, предназначенных для изготовления в них активных и пассивных элементов ИС.

Это означает, что в первом случае в процессе изоляции элементов режимы технологического процесса должны быть такими, чтобы гарантировалась сохранность разводки и неизменность характеристик диффузионных областей.

Применительно к термическим процессам для выполнения этого условия достаточно, чтобы максимальная температура любого вида термообработки при создании изоляции не превышала бы критическую величину, при которой происходит либо разрушение (плавление) разводки, либо изменение положения p–n-перехода или перераспределение диффундируемых примесей.

Во втором случае диффузия примесей (бора и фосфора) проводится после изоляции областей монокристаллического кремния, предназначенных для создания в них элементов ИС. Поэтому основным требованием к материалу изоляции является его сохранность при проведении диффузии. Для этого достаточно, чтобы температура размягчения диэлектрика, используемого для изоляции, была выше максимальной температуры диффузии.

2. Изоляция обратно смещенным p–n-переходом

При отсутствии изоляции элементов биполярных микросхем все они окажутся электрически связаны между собой через подложку. Метод изоляции обратно смещенным p–n-переходом обладает высокой технологичностью, так

как операции создания изолирующей области не требуют новых

8