Правильная ссылка на эту страницу
http://az-design.ru/Support/HardWare/WestinghouseElectric/A19840126Elc001.shtml

Бездефектные кремниевые пластины для сверхскоростных ИС

Уэсли Р. Иверсен
Чикагское бюро Electronics

Фирма Westinghouse стала основным подрядчиком по контракту стоимостью 1,2 млн. долл., который предусматривает выращивание кремниевых кристаллов по методу Чохральского в магнитном поле.

По мере того как геометрические параметры кремниевых приборов продолжают уменьшаться, относительные размеры, а следовательно, и отрицательное воздействие все большего числа мельчайших дефектов, связанных со структурой материала, возрастают. К примеру, поверхностный дефект, который слишком мал, чтобы повлиять на качество полупроводникового прибора с шириной линий 3 мкм, способен вывести из строя изделие, имеющее 1-мкм проектные нормь. Поэтому министерство обороны США запланировало в течение двух лет израсходовать 1,2 млн. долл. на эксперименты по получению более высококачественного кремния в рамках своей программы по созданию сверхскоростных интегральных схем (ССИС).

В качестве основного подрядчика выступает фирма Westinghouse Electric Co. Ее цель — вырастить кремниевые кристаллы по методу Чохральского в магнитном поле.

В основе этой технологии, которая уже нашла применение в Японии, но до сих пор не получила должного признания на предприятиях США, лежит воздействие сильного магнитного поля на расплав кремния. Согласно закону Ленца, такое воздействие приводит к повышению вязкости расплава, а также подавляет тепловые конвекционные потоки и вызываемые ими хаотические изменения температуры на поверхности расплава. В кристаллах, выращенных традиционным методом, подобные температурные отклонения обусловливают колебания в распределения кислорода и легирующих добавок. При выращивании же в магнитном поле не только эти, не и другие локализованные примеси создают намного меньшие неравномерности примесного профиля в процессе выращивания слитка. (О еще одном новом методе выращивания кремния смотрите материал в разделе «Сообщения».) Специалисты, участвующие в указанных работах, не берутся предсказать, насколько конкретно повысится выход годных кристаллов. Однако Р. Ноэл Томас, руководитель группы (Питтсбург) в составе фирмы Westinghouse по технологии производства формирователей изображения, считает, что, согласно результатам прошлых исследований, проводившихся его фирмой, неравномерности распределения удельного сопротивления на микроскопическом уровне могут быть снижены с 25—40% (такая неравномерность характерна для материалов, выращиваемых обычным способом) приблизительно до 5%. «Одно из основных достоинств, которые нам продемонстрируют приборы класса ССИС,— это весьма высокая степень однородности удельного сопротивления, которая в свою очередь обусловливает высокую равномерность пороговых напряжений и других характеристик транзисторов»,— говорит Томас.

В полном масштабе. Специалисты центра НИОКР фирмы Westinghouse в Питтсбурге совершенствуют технологию выращивания кремния по методу Чохральского в маг
В полном масштабе. Специалисты центра НИОКР фирмы Westinghouse в Питтсбурге совершенствуют технологию выращивания кремния по методу Чохральского в магнитном поле. На этом снимке Ноэл Томас держит в руках 102-мм кремниевую пластину и слиток.

Заинтересованные представители военного ведомства надеются, что реализация указанного проекта позволит изготавливать в США более чистый и однородный кремний, а это со временем приведет к повышению выхода годных приборов с 1,25-мкм проектными нормами, созданных на первом этапе программы ССИС. По мнению некоторых специалистов, более высокое качество исходных материалов для изготовления кремниевых приборов, чем достигнутое на сегодняшний день, будет иметь решающее значение для успешного производства приборов с линиями шириной 0,5 мкм, намеченного на 1987г. (второй этап программы ССИС).

В современных биполярных ИС наблюдается тесная взаимосвязь между качеством исходного материала и выходом годных. Так считает Мартин Пекерар, руководитель сектора микроэлектронной технологии в научно-исследовательской лаборатории ВМС (Вашингтон, округ Колумбия). По его словам, присутствие кислорода и равномерность его распределения (при выращивании в магнитном поле соблюдается более высокая степень равномерности) могут влиять на плоскостность полупроводниковых пластин и срок службы МОП-приборов.

«Когда мы перейдем к производству приборов меньшего размера, нам, возможно, придется столкнуться с еще большими влияниями такого рода, и мы бы не хотели, чтобы это застало нас врасплох»,— говорит Пекерар, который является представителем заказчика по данному проекту Командования электронных систем ВМС (контракт оформлен в ноябре 1983г.). В качестве субподрядчиков выступают фирмы Monsanto Co. (Сент-Луис), National Semiconductor Corp. (Санта-Клара, шт.Калифорния) и отделение Hatco (Рочестер, шт.Нью-Йорк) компании Kayex Corp.

Фирма Kayex в настоящее время занята модификацией своих установок CG2000RC, предназначенных для вытягивания из расплава кристаллов, выращиваемых по методу Чохральского. Работы фирмы направлены на то, чтобы получить возможность использовать для реализации указанного проекта концентрический сверхпроводящий магнит (с индукцией 0,5 Т), изготовленный фирмой American Magnetics Inc. (Ок-Ридж, шт.Теннесси). По словам главного технолога фирмы Kayex Ричарда Л. Лейна, в частности, проводится замена различных стальных конструкций (которые могли бы отрицательно сказаться на работе магнита) непроводящими частями из нержавеющей стали или алюминия. Усовершенствованная установка предназначена для центра НИОКР (Питтсбург) фирмы Westinghouse, где будет осуществляться выращивание кристаллов. Первые работы по методу Чохральского с магнитным полем, выполнявшиеся компанией Sony Corp. в Японии (см. «Открыты в США, а используются в Японии»), были основаны на применении горизонтального поля, силовые линии которого перпендикулярны направлению выращивания кристаллов. Тем не менее группа специалистов фирмы Westinghouse будет работать с вертикальным магнитным полем.

К середине мая 1984г., как утверждает Пекерар, около 100 пластин диаметром 102 мм, полученных по методу Чохральского в магнитном поле, должны быть отгружены всем основным подрядчикам по программе ССИС, включая фирму National Semiconductor, а также соответствующим подразделениям министерства обороны. Еще 100 пластин предполагается изготовить к окончанию срока действия контракта в ноябре 1985г.

В качестве субподрядчика фирма National поставляет статические К/МОП ЗУПВ емкостью 64К и матрицы, содержащие по 10 000 вентилей, как пробные приборы, которые выполнены из нового материала в соответствии с технологией первого этапа программы ССИС. Пекерар рассчитывает, что и другие подрядчики по программе ССИС, не связанные с рамками данного контракта, также будут применять этот материал в пробных кристаллах для своих компонентов, изготовление которых должно проводиться на первом этапе ССИС-программы.

Необходимо, чтобы к окончанию действия контракта указанная группа из фирмы Westinghouse была в состоянии поставлять полупроводниковые пластины, которые требуются другим подрядчикам программы ССИС. Это условие будет выполнено путем передачи новой технологии фирмы Monsanto. Руководство фирмы рассчитывает, что если работы по проекту пройдут успешно и спрос достигнет достаточного уровня, то ей удастся через 6—12 мес после окончания указанного контракта начать серийные поставки нового материала на коммерческие рынки [pp.47,48].

Дочерние статьи:

Разработано в США, а используется в Японии

Выходные данные:

Журнал "Электроника" том 57, No.02 (683), 1984г - пер. с англ. М.: Мир, 1984, стр.3

Electronics Vol.57 No.02 January 26, 1984 A McGraw-Hill Publication

Раздел: ОБОЗРЕНИЕ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ

Тема:     Материалы





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


Постоянный адрес статьи:
http://az-design.ru/Support/HardWare/WestinghouseElectric/A19840126Elc001.shtml