Правильная ссылка на эту страницу
http://az-design.ru/Support/HardWare/TI/A19841008Elc001.shtml

Скрытый слой окисла — этап на пути к КНИ ИС

Дж. Роберт Лайнбек
Редакция ElectronicsWeek (Даллас, шт.Техас)

Фирма Texas Instruments возлагает большие надежды на имплантацию ионов кислорода как на практический способ производства пластин с изолирующим слоем, расположенным под активным кремнием.

Изучая технологические приемы, позволяющие разместить большее число транзисторов на данной площади и обеспечивающие К/МОП-структурам быстрое распространение, исследователи фирмы Texas Instruments Inc. полагают, что они близки к практическому решению проблемы получения окисного изолятора как альтернативы дорогостоящим пластинам типа кремний-на-сапфире.

Фирма TI работает в этом направлении не одна. Лаборатории многих электронных фирм соревнуются в разработке дешевой технологии производства структур кремний-на-изоляторе, чтобы лишить структуры кремний-на-сапфире (КНС) места первого кандидата для интегральных схем ультравысокой степени интеграции (УБИС), например для запоминающих устройств с произвольной выборкой, имеющих емкость 16 Мбит.

Исследование кремния-на-изоляторе (КНИ) стимулируется высокой стоимостью КНС, которая в настоящее время достигает примерно 80 долл. для 102-мм пластины, в то время как сопоставимая по размеру кремниевая пластина стоит 12 долл. Технология КНИ, подобно технологии КНС, позволяет достигать более высоких плотностей упаковки благодаря отказу от требующей места изоляции из двуокиси кремния между транзисторами ИС. Приборы со структурой КНИ также обладают радиационной стойкостью. Кроме того, переход между изолирующим окислом и кремнием имеет намного лучшие свойства, чем переход кремний-сапфир, обеспечивая пониженные токи утечки приборов и повышенную подвижность носителей.

Внедренные ионы кислорода формируют скрытый слой окисла, но повреждают кремний. Отжиг создает слой монокристаллического кремния для элементов, распола
Внедренные ионы кислорода формируют скрытый слой окисла, но повреждают кремний. Отжиг создает слой монокристаллического кремния для элементов, располагаемых поверх изолирующего окисла.

Разнообразие направлений. Направления исследований, ведущие к созданию структуры КНИ, многочисленны и включают в себя рекристаллизацию кремния посредством отжига осажденного поликремния, ионной имплантации кислорода и окисления пористой поверхности кремния. Несколько ведущих полупроводниковых лабораторий США и Японии не жалеют усилий на самых известных направлениях. Не желая отставать, исследовательское объединение в Великобритании одновременно ведет разведку четырех отдельных направлений1{Электроника, 1984, №15, с.7}.

Это в какой-то степени похоже на состязание в исследованиях и разработках, требующее способности «вписываться» в крутые повороты и видеть происходящее на далеком горизонте, намекает Деннис Басе, директор конструкторско-технологического полупроводникового центра фирмы TI. Недавно, описывая исследования фирмы в области К/МОП-технологии, Басе рассматривал прогресс в КНИ-технологии одновременно с трехмерной интеграцией для имеющих высокую плотность упаковки схем статических и динамических ЗУПВ (см. «Поликремниевые структуры типа «сандвич» для трехмерных микросхем»). Прогресс в технологии окисной изоляции оказался достаточно обещающим, чтобы убедить фирму TI в том, что технология КНИ могла бы играть одну из главных ролей в связанной с созданием (в рамках фазы ССИС-программы) схем с 0,5-мкм элементами.

Структуры КНИ исследовались в фирме TI с 1960-х годов, но до сих пор разработки не вышли за пределы лабораторий в реальный мир. Очень вероятно, что к концу этого десятилетия положение изменится благодаря прогрессу в технологии. Два года назад фирма TI тратила значительные усилия на технологию КНИ, применяя отжиг поликристаллического кремния, находящегося поверх заглубленного окисла, с помощью графитового нагревателя1{Электроника, 1982, №11, с.3}.

Перенос акцентов. В 1983г. эта фирма-изготовитель ИС из Далласа перенесла центр своего внимания на ионную имплантацию скрытого слоя окисла в структуре КНИ — процесс, происхождение которого связано с фундаментальными исследованиями, выполненными 15 лет назад. «Качество кремния выше, и он оказывается менее дорогим, т.е. более пригодным для производства», — указывает Басе.

В перспективном КНИ-процессе осуществляется внедрение ионов кислорода в кремний; при этом под поверхностью кремния создается слой изолирующего окисла. Эти ионы движутся слишком быстро для того, чтобы повредить монокристаллический кремний на поверхности. Однако решетка нарушается в тех зонах, где ионы останавливаются. Затем слой с большим числом внедренных ионов (2*1018 ион/см2) отжигают при температуре 1150°С в течение 2 ч, чтобы сформировать «сандвич» из монокристаллического кремния, скрытого среднего слоя окисла и кремниевой подложки.

Чтобы продемонстрировать пригодность к производственному освоению экспериментальной КНИ-технологии, находящаяся в Далласе полупроводниковая лаборатория фирмы TI изготовила статические ЗУПВ на ЧК, используя К/МОП-структуры с очень умеренными топологическими нормами — 2,5 мкм. Такие ИС обеспечивают, как утверждает фирма, время выборки 55 нс.

В настоящее время лаборатория готовится к созданию более претенциозного статического ЗУПВ на 64К. Уже сейчас можно сказать, что меньшая емкость истокового и стокового переходов КНИ ИС гарантирует получение времени выборки, которое на 30% меньше, чем у самых быстродействующих МОП-схем памяти, выполненных из монолитного кремния.

Но, прежде чем технология КНИ сможет стать на производственную основу, требуется создать установки для имплантации ионов с током, в 10 раз большим, и напряжением, на треть более высоким, чем у существующих систем, — таково мнение Басса. «Речь идет об имплантационных установках на токи от 100 до 200 мА»,— говорит он, добавляя, что необходимые системы, вероятно, станут доступными через два-три года. При использовании имплантационных установок с током 10 мА на внедрение нужного количества ионов требуется 1 ч.

Уровни напряжения современных имплантационных установок обеспечивают проникновение ионов в глубину всего на 0,4 мкм, что вынуждает лабораторию увеличивать толщину верхнего слоя кремния посредством эпитаксиального наращивания с использованием химического осаждения из паровой фазы.

По словам Басса, носители в статических ЗУПВ емкостью 4К на КНИ-структурах обладают подвижностью, характерной для монолитного кремния, в то время как токи утечки значительно ниже, чем у КНС. Ток утечки ИС составляет всего 0,1 пА/мкм при напряжении 5 В.

«Ток утечки КНС-структуры составляет от 10 до 100 пА/мкм из-за плохого перехода между сапфиром и кремнием, — утверждает Басе. — Мы ожидаем, что в первую очередь КНИ-структура со скрытым окислом будет использована в радиационностойких изделиях военного назначения, однако наибольшее влияние будет оказано на производство высокопроизводительных микро-ЭВМ, например однокристальных цифровых процессоров сигналов в видеодиапазоне» [No.25, pp.11,12].

Дочерние статьи:

«Сандвичи» из поликристаллического кремния для 3-мерных схем

Выходные данные:

Журнал "Электроника" том 57, No.20 (701), 1984г - пер. с англ. М.: Мир, 1984, стр.3

ElectronicsWeek Vol.57 No.25 October 01, 1984 A McGraw-Hill Publication

ElectronicsWeek Vol.57 No.26 October 08, 1984 A McGraw-Hill Publication

Раздел: ОБОЗРЕНИЕ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ

Тема:     Полупроводниковая техника





Дата последнего изменения:
Thursday, 21-Aug-2014 09:10:44 MSK


Постоянный адрес статьи:
http://az-design.ru/Support/HardWare/TI/A19841008Elc001.shtml