книги из ГПНТБ / Дорфман В.Ф. Газофазная микрометаллургия полупроводников [Текст] 1974. - 190 с

плотность ІО17— ІО18 см-3). Чем меньше толщина слоя, тем больше глубина залегания уровней [285].

Эпитаксиальный рост на сапфире и шпинели осуще­ ствлен также для германия [286], арсенида галлия [287] и ряда других полупроводников. Во всех случаях, как и для кремния; ориентированное нарастание наблюдается в ограниченном температурном диапазоне, например для арсенида галлия 620°С </§■ 710°С [287].

Как и при автоэпнтаксин, для таких структур приме­ няется технология тонкого промежуточного слоя (для

О

германия на сапфире это слой кремния толщиной 1000 А [286].

В последние годы появились сообщения о приме­ нении структур «полупроводник на сапфире» в серийно выпускаемых интегральных схемах например, для по­ стоянных запоминающих устройств [288].

Однако основным направлением микроэлектроники остается планарно-эпитаксиальная технология.

Современное состояние

снизить рассеиваемую мощность и повысить плотность компоновки по крайней мере в 2—3 раза. Уже в 1971 г. начат серийный выпуск некоторых типов И С, которые имеют эквивалентную плп даже более низкую рассеива­ емую мощность, чем МОП-структуры [291]. Логические И С с эмнттерной связью, характеризующиеся рассеивае­ мой мощностью 5 мВт и задержками ~ 1 нс, получены методом «изолирующей коллекторной диффузии»; мето­ дом «трех фотошаблонов», который упрощает техноло­ гию даже по сравнению с МОіП-схемамп, получены И С с соответствующими параметрами 0,1 мВт, 34 нс, а так­ же запоминающие устройства с уровнем мощности 40 мкВА/бнт.

Эти результаты показывают, что эпитаксиальная те­ хнология вступает сейчас в качественно новый период своего развития.

Другое важнейшее достижение газофазной микрометаллургни — разработка так называемого «пзопланарного

169

возникновении микроэлектроники как таковой. Действи­ тельно, в основе планарной технологии лежит селектив­

табл. 1), и не будет преувеличением сказать, что вплоть до недавнего времени это открытие оставалось послед­ ним качественным скачком в области изготовления полу­ проводниковых приборов и схем. Следующий важный шаг, сделанный уже в начале 70-х годов — создание нзопланарной технологии, представляет дальнейшее разви­ тие принципа селективности [25, 26]. Эффективность этого принципа определяется заменой механического воздействия, ручного или автоматизированного, естест­ венной избирательностью физического процесса.

К сожалению, прогресс в этом направлении происхо­ дит в результате отдельных случайных находок, и преоб­ ладает сугубо эмпирический подход. 'Нередко сам факт ■ использования селективности не получает должной оцен­ ки в оригинальных статьях и, что наиболее важно, отдельные селективные операции в процессе обычно разрозненны. Таким образом, переход .между каждой па­ рой из ста или более последовательных стадий процесса осуществляется по-прежнему механически. Этого было достаточно для реализации групповой технологии. Но для решения основной задачи современной электроии-

170

I

•kn— изготовления крупных интегральных узлов необхо­ дим «групповой» подход к самым селективным опера­ циям, т. е. реализация таких процессов, в которых не только сами операции, «о и переходы между ними осно­ ваны на согласованной избирательности стадий. Изо­ планарная технология — лишь первый шаг в этом на­ правлении.

Основные селективные операции

Под селективными операциями здесь подразумева­ ются избирательный рост .или избирательная обработка поверхности гетерогенного образца при однородном внешнем воздействии без специальной принудительной «фокусировки» с помощью электромагнитных, оптиче­ ских или механических средств.

Для удобства сводка известных селективных опера­ ций приведена в форме таблицы (табл. 17).

Согласованные группы селективных операций

Из приведенных в табл. 17 операций селективное тра­ вление является наиболее универсальной, поскольку мо­ жет быть реализована практически для любого сочета­ ния материалов, включая металлы, диэлектрики и полу­ проводники. Отчасти это справедливо для избирательной конденсации металлов и, вероятно, для эпитаксиального роста полупроводников и диффузии, так как здесь допус­ кается сравнительно широкий выбор материалов для ма­ скирования. Наименее гибкой операцией является изби­ рательное нанесение диэлектрика. Пока известен лишь один такой способ — локальное окисление кремния, или «LO CO S», в изопланарной технологии.

Для реализации комплексных селективных процессов, управляемых только путем воздействия на внешние мак­ ропараметры (температуру, состав, давление, нефокуси­ рованное поле и т. п.), при синтезе твердотельных струк­ тур необходимы определенные наборы операций. Важ ­ нейшими из них являются «комплементарные» группы, т. е. такие, которые, самосовмещаясь друг с другом поз­ воляют обработать всю поверхность подложки, и цикли­ ческие группы, после выполнения которых формируется

174

одна такая группа позволяет осуществить' по' единому первоначальному рисунку (фотолитографии по нитриду кремния) ряд операций— селективное окисление, удале­ ние нитрида, селективную эпитаксию и одну или не­ сколько операций селективной диффузии. В результате в одном кристалле достигается, например, совмещение униполярных и биполярных .элементов (рис. 39). Цикли­ ческая группа необходима для многократного повторе­ ния определенного набора операций при синтезе сложных структур. Она могла бы быть реализована, например, при условии разработки методов нанесения диэлектрика избирательно по отношению к степени легирования пли

крельефу полупроводниковой подложки.

Внастоящее время, по-внднмому, единственным примером циклической .группы является набор операций селективного наращивания монокристаллических и поликристаллнческнх слоев [296, 297] (см. также табл. 17 и рис. 40). Этот набор примечателен также тем, что опе­ рации совмещены по времени и, следовательно, набор обладает свойствами пак циклической, так и комплемен­ тарной группы. В результате, несмотря на приципиальную простоту технологии, уровень выходной мощности схем повышен примерно на порядок (до 26 Вт), а веро­ ятно может быть поднят и выше. (Точнее, это полуциклические операции, так как восстанавливается только планарность, но не структура поверхности.)

Сточки зрения топологии принципиальным является вопрос о классе структур, разрешимых с помощью за­

17К

с

e r . . }

\7/S7/M S7/

Д Ѵ Д Ѵ А Ѵ А

Рис. 42. Элементарные геометрические преобразования при анизотропном тан.генциальнолі селективном росте:

ряются, если допустить рост и травление активных областей в тангенциальном направлении, в особенности с учетом анизотропии. Для исследования этого фактора при селективном росте и травлении германия, кремния, фосфида и арсенида галлия была разработана испытательная таблица (рис. 41). Фотолитогра­ фия осуществлялась по нанесенному слою, после чего проводилась селективная кристаллизация из газовой фазы (иодидный метод). Ыа рис.42показаны элементар­ ные геометрические преобразования исходного рисунка, которые достигаются при селективном росте. Заметим, что для полупроводников с решеткой сфалерита в нап­ равлении полярной оси {П І [ сочетание анизотропного

роста и изотропного травления позволяет осуществлять операцию сдвига (рис.43).

Таким образом, принцип селективности позволяет ре­ шать весьма широкий круг топологических задач. Приве­ денные в табл. 17 примеры показывают, что он реалнзу-

177