ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный
технический университет»
А.С. Бадаев Ю.С. Балашов
СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
БИПОЛЯРНЫХ
И ПОЛЕВЫХ СТРУКТУР
Утверждено Редакционно-издательским советом
университета в качестве учебного пособия
Воронеж 2012
УДК 621.38
Бадаев А.С. Современные технологические процессы изготовления биполярных и полевых структур: учеб. пособие / А.С. Бадаев, Ю.С. Балашов. Воронеж: ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2012. 314 с.
В учебном пособии рассмотрены современные технологические процессы формирования ИМС и их элементов на основе биполярных, МДП, субмикронных МДП, биполярно-полевых, AIIIBV и наноэлектронных структур.
Издание соответствует требованиям Федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования для направления подготовки бакалавров и магистров 211000.62 и 211000.68 «Проектирование и технология электронных средств» по дисциплинам «Физико-химические основы технологии электронных средств» и «Микро- и нанотехнологии электронных средств».
Учебное пособие предназначено для студентов очной формы обучения.
Учебное пособие подготовлено в электронном виде в текстовом редакторе MS Word 2003 и содержится в файле «Технология ЭС.doc».
Табл. 4. Ил. 168. Библиогр.: 12 назв.
Рецензенты: кафедра физики полупроводников и микроэлектроники Воронежского государственного университета (зав. кафедрой д-р физ. мат. наук, проф. Е.Н. Бормонтов);
д-р физ.-мат. наук, проф. В.И. Митрохин
© Бадаев А.С., Балашов Ю.С., 2012
© Оформление. ФГБОУ ВПО
«Воронежский государственный технический университет», 2012
Введение
Вероятно, ни одна отрасль промышленности не развивалась такими стремительными темпами, как микроэлектроника. Постоянное улучшение характеристик полупроводниковых приборов в течение 30 лет привело к повышению степени интеграции (числа транзисторов на кристалле) более чем в 1600 раз (ежегодный рост в 1,35 раза) и увеличению тактовой частоты микропроцессов более чем в 3000 раз (ежегодный рост в 1,38 раза). По научно обоснованным прогнозам до 2020 года снижение темпов развития микроэлектроники не предвидится. Основой такого успешного развития микроэлектроники стали разработка принципов масштабирования физической структуры полупроводниковых приборов, более глубокое понимание физики работы этих приборов, умение интегрировать их во все более сложные изделия (микросхемы), с одной стороны, и эволюционное совершенствование технологии – с другой.
Определяющим в создании современных БИС и СБИС наряду с достижениями физики и схемотехники является технология, основанная на групповых методах локальной обработки твердотельных материалов (литография, легирование, нанесение пленок и др.) с целью создания в материалах локальных областей в виде статических неоднородностей и последующего объединения этих областей в законченную конструкцию, выполняющую определенную схемотехническую функцию, причем полупроводниковая технология является базой для изготовления массовых ИМС и БИС на основе биполярных и МДП - транзисторов, а гибридная – на основе тонких и толстых пленок – для специализированных ИМС, БИС и МСБ.
Непрерывное повышение степени интеграции,
быстродействия и функциональной
сложности ИМС, вызванное быстрорастущими
потребностями в изделиях микроэлектроники,
требует создания принципиально новых
технологических методов, специального
оборудования, обладающего высокой
разрешающей способностью, синтез и
применение новых перспективных
материалов, в частности полупроводников
и других материалов с уникальными
свойствами.
В конце XX-го века появилось самостоятельное научное направление – субмикронная микроэлектроника, предназначенная для изготовления БИС и СБИС с размерами элементов менее 1 мкм.
Ее появление столкнулось с рядом специфических проблем: короткоканальных эффектов, проблем масштабирования и др. и обусловлено невозможностью получения элементов ИМС с микронными и субмикронными размерами традиционными технологическими процессами, связано с совершенствованием технологии микроэлектронного производства и сокращением (а иногда и полным исключением) многочисленных химических, жидкостных, фотолитографических, диффузионных и других операций.
В основу технологии субмикронной микроэлектроники положено взаимодействие излучений и потоков частиц с поверхностью твердого тела. К таким технологическим процессам относятся рентгеновская, электронная и ионная литография, ионная имплантация, лазерный отжиг, молекулярно-лучевая эпитаксия и др.
Одним из ближайших продолжений развития микроэлектроники является наноэлектроника.
Наноэлектроника – одно из наиболее судьбоносных для развития цивилизации научно-технических направлений. В не столь отдаленном будущем оно коренным образом изменит все важнейшие характеристики электронной аппаратуры, значительно ускорит создание эффективных систем управления глобальными экономическими, социальными и экологическими процессами и существенно улучшит качество жизни человека. Наноэлектроника, несомненно, станет инструментальной базой реализации проектов искусственного интеллекта и позволит создавать «разумные» роботы микро- и наноразмеров.
Для реализации биполярных и полевых наноструктур требуются принципиально новые технологические подходы: нанолитография, молекулярно – лучевая эпитаксия, зондовые технологии и др. На смену технологиям «сверху вниз», когда на поверхности кремниевой пластины литографическими методами из объектов больших размеров получают элементы ИМС значительно меньшей величины, приходят технологии «снизу вверх».
В технологиях по принципу «снизу вверх» производится сборка макроструктуры из элементарных «кирпичиков» - атомов, молекул, кластеров, нанотрубок, нанокристаллов. Эти элементы в процессе сборки или самосборки должны укладываться в требуемом порядке. Методами создания макрообъектов по принципу «снизу вверх» должны стать управляемая самосборка и самоорганизация, когда атомы или молекулы сами выстраиваются в заданном порядке, занимая состояния с минимальной энергией, как это имеет место, например, в биологических системах.
Нанотехнология обеспечивает не только успехи в развитии элементной базы микроэлектроники. Уже в настоящее время нанотехнологические разработки используются в медицине, робототехнике, машиностроении, атомной энергетике, оборонных системах и многих других областях. Не случайно в подавляющем большинстве развитых стран огромное внимание уделяется поддержке национальных программ по нанотехнологиям. Начало XXI века будет характеризоваться бурным развитием нанотехнологий вообще и наноэлектроники в частности.