Файл: Дорфман В.Ф. Газофазная микрометаллургия полупроводников [Текст] 1974. - 190 с.pdf

занной с ними эпитаксиальной технологий, определяются темпами снижения этого показателя по сравнению с МОП-структурами.

Некоторые важные направления исследований

Основная задача планарно-эпптакспальной техноло­

нию высокой однородности эпитаксиального нарастания уже на самых ранних стадиях кристаллизации, точного контроля скорости (допуск по толщине + 0 ,1 —±0,5 мкм), высокой стабильности режима процесса. Необхо­ дима также особая чистота исходных реагентов и по­ верхности подложки, строгая планарность газового тра­ вления. Все указанные требования сводятся к высокой культуре технологии.

Существует и ряд физико-химических проблем, в ча­ стности автолегирование. Для устранения этого нежела­ тельного эффекта и обеспечения однородности ранних стадий роста во многих случаях применяется'следующий прием: начальный этап процесса проводится в специаль­ но подобранных условиях, при этом на подложке обра­ зуется очень тонкий ( < 1 мкм) блокирующий слой, и лишь затем наращивается основная часть кремния. Так, Халсор [273] совместил силановый и хлорндный методы в одном процессе. Разложение силаиа, как реакция необ­ ратимая практически исключает автолегирование. С другой стороны, хлорндный метод позволяет получать более совершенные и структурно-однородные слои. Соот­ ветственно процесс проводится в две последовательные стадии. Этот метод остроумно усовершенствован [274]. Так как S iСІ4 и НС1 реагируют уже при комнатной тем­ пературе, то систему SiH 4— S iC l4 можно заменить сис­ темой SiH 4— H Cl. Начальный этап проводится в потоке НС1 (селективное газовое травление по окисным мас­ кам), затем в систему вводится только S іН 4 (осаждение блокирующего слоя), а на третьей стадии SiH 4 и НС1 вводятся совместно.

Заметим, что совмещение различных операций в од­ ном технологическом аппарате является также общей тенденцией, и значительная часть работ посвящена по­ лучению пленок окислов, нитридов [20, 275, 276], а так­ же металлов [277] в эпитаксиальных системах.

167

Получение блокирующего слоя при эпитаксии соеди­ нений типа Л 111ß v допускает и другие решения (на­ пример, путем подбора определенного сочетания легиру­ ющих примесей подложки и слоя: для арсенида галлия подложка легируется кремнием [278] или кремнием и теллуром совместно [279]).

Многие технологические и функциональные характе­ ристики Н С можно было бы повысить, если бы удалось снизить температуру эпитаксиального наращивания. Та­ кие попытки сделаны, например, в работах [280] и [281].

Принципиально другой подход к снижению рассеи­ ваемой мощности и повышению быстродействия, а также улучшению помехоустойчивости ITC — получение гетероэпитакснальных структур на диэлектрических подлож­ ках. Первоначально эта технология разрабатывалась применительно к структурам кремний— сапфир (см. табл. 1), но в последующем было обнаружено, что шпи­ нель, обладающая, как и кремний, кубической решеткой,

кое распространение кремнпй-сапфировых ПС начнется уже в 1971 г. К сожалению, несовершенство структуры ограничивает область их применения, по крайней мере в ближайшие годы, МОП-схемами и диодными матрица-' ми [282]. Дефекты переходного слоя между окисью алю­ миния II кремнием не позволяют использовать тонкие слои. Кроме того, первоначально образуются трехмерные зародыши (частично разориентированные), и только в сравнительно толстых слоях происходит зарастание по­ верхности. Силановый метод увеличивает скорость зародышеобразования [283, 284] и позволяет достичь зара­ стания поверхности на более ранних стадиях. (ЭтоФ эф ­ фект легко объясним в свете изложенного выше, см. стр. 166. Зародыши кремния служат более активными катали­ заторами, чем сапфир, и поэтому после их возникновения рост на сапфире практически прекращается. С другой стороны, силановая реакция имеет меньшую энергию ак­ тивации, чем хлорндная и автокаталнтическое развитие зародышей здесь выражено слабее.)

С дефектами структуры связан и другой нежелатель­ ный эффект в эпитаксиальных слоях кремния на сапфи­ ре: появление глубоких донорных уровней (0,3 эВ от края валентной зоны; ширина полосы уровней 0,1 эВ,

168

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