ИССЛЕДОВАНИЕ, РАЗРАБОТКА И ИЗГОТОВЛЕНИЕ СТРУКТУР КНИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ И РАЗЛИЧНЫХ ПРИБОРОВ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ

April 25, 2012 by admin Комментировать »

Тимошенков С. П., Дягилев В. В., Калугин В. В. Московский институт электронной техники (Технический университет) Москва – 124498, Зеленоград Графутин В. И., Прокопьев Е. П. ФГУП ГНЦ РФ Институт теоретической и экспериментальной физики им. А. И. Алиханова Ул. Б. Черемушкинская, 25, Москва – 117218, Россия

Аннотация – Smart-cut – технология получения структур кремния на изоляторе (КНИ) – находит широкое применение в разработке и производстве новой элементной базы микроэлектроники, специальных радиационно- и термостойких ИС, СВЧ приборов, различного рода датчиков. Последние достижения в технологии производства структур КНИ позволили повысить их совершенство и снизить цену, что привело к существенному увеличению объёмов их производства.

Построена модифицированная схема процесса изготовления структур КНИ в рамках smart-cut технологии и определены направления исследований [1]. Установлены ключевые операции процессов: подготовка пластин, сращивание, режимы обработки поверхности и термообработки. Исследованы процессы химико-механической, химической, электрохимической, плазмохимической обработки кремниевых пластин и структур. Исследованы процессы ионной имплантации и перспективы использования эпитаксиального наращивания. Определены режимы обработок. Проведенные исследования подтвердили перспективность выбранного направления и позволили определить необходимые методы контроля параметров структур.

Нами рассмотрены особенности и дан анализ различных технологий производства структур КНИ. Особая роль в настоящее время принадлежит технологиям smart-cut (газового скалывания в процессе термообработки), основанных на контролируемых использованиях следующих основных процессов: создание с помощью ионной имплантации ионов водорода микроскопических объемных дефектов, содержащих водород; трансформация этих созданных дефектов посредством термообработок; скалывание тонкого слоя материала подложки по системам таких дефектов по всей площади пластины [1]. В связи с этим в данной работе рассматриваются современные представления об этих процессах, используемых в технологии smart-cut, посредством исследования сращивания пластин кремния во влажных условиях [1]. В данном сообщении особое значение уделено исследованиям процессов химико-механичес- кой обработки кремниевых пластин и структур КНИ.

Существуют многочисленные варианты утончения рабочей пластины в сращенной структуре. Для этого используют методы химико-механического полирования, электрохимического, плазменного, селективного, химического травления, а также комбинации этих и ряда других методов.

Получение заданной толщины монокристалличе- ского кремния достигается при использовании установок прецизионного локального утончения и оборудования контроля толщины. Широко используют формирование механических, химических (электрохимических) стоп-слоев, а также индикаторных меток, позволяющих визуально контролировать толщину утончаемого слоя. Несмотря на обилие новых методов утончения, традиционная химико-механи- ческая обработка остается основной и пока не заменимой операцией (как при обработке исходных кремниевых пластин, так и при изготовлении структур КНИ). Метод химико-механического утончения рабочей пластины кремния широко используется для получения структур с толщиной изолированного моно- кристаллического кремния от менее чем 1 мкм до толщины 70 мкм. На рис. 1 представлены фотографии разреза бинарных структур, полученных: а) методом сращивания кремниевых пластин через стекловидный слой толщиной 6 мкм и б) структура, полученная твердоадгезионным сращиванием кремниевых пластин, изолированных слоем ЭЮг.

Рис. 1. Структуры, полученные сращиванием кремниевых пластин: а) сращивание через стекловидный слой, б) сращивание через слой Si02.

Fig. 1. Samples of SOI structures obtained by a method of wafer bonding: a) bonding through glass layer; b) direct bonding through Si02 layer

Разрабатываемые методы утончения и выравнивания поверхности важны и для структур кремний на кварце, и кремний на кремнии. Ожидаемые тенденции изменения цены на структуры КНИ диаметром 200 мм таковы, что в ближайшие годы стоимость таких структур может приближаться к стоимости эпитаксиальной кремниевой структуры. Таким образом, развитие технологии обработки пластин и структур и совершенствование (разработка) оборудования для изготовления структур КНИ определяют успехи в достижении качества производства структур, что является важнейшим фактором при получении предельных значений параметров изготовляемых ИС.

В проведенных работах [1] рассмотрен технологический процесс химико-механического утончения части рабочей пластины в кремниевых структурах с полной диэлектрической изоляцией компонентов. Структуры КНИ были изготовлены методом соединения кремниевых пластин, одна из которых опорная, другая – рабочая, имеющая сформированную боковую изоляцию в виде вытравленных химическим анизотропным травлением v-образных канавок, а также с использованием методов плазмохимического травления. На вытравленных канавках сформирован изолирующий слой Si02 и, в некоторых случаях, для планаризации поверхности платины осаждался слой поликристаллического кремния.

Химико-механическая обработка поверхности структуры включала утончение основной части рабочей пластины кремния методом шлифования и последующее травление в растворе КОН при температурах до 110 °С, и затем первичное полирование и финишное полирование структуры. Структуры утончали до появления вершин изолирующих канавок, позволяющих визуально (с помощью индикаторных меток и оптического микроскопа) контролировать толщину изолированного монокристаллического слоя кремния.

Основная сложность изготовления структуры КНИ заключена в получении заданной толщины изолированного монокристаллического кремния с параметрами слоя и подложки, удовлетворяющими жестким требованиям по однородности толщины, прогибу, клину и другим геометрическим параметрам. Использование стопорных слоев, замедляющих скорость утончения при химико-механическом полировании структуры, позволяет получать однородность толщины изолированного монокристаллического кремния на уровне +2 мкм. В качестве стопорных слоев нами использован слой Si02 толщиной от 1,2 до 3 мкм, а также слой Si3N4. При полировании («вскрытии») структур КНИ необходимо использование жесткого полировальника (использовано покрытие типа СК-4 с полиуретановой пропиткой, обладающей плотностью около 0,3 г/см3, а также полирующие материалы типа Suba-4 с плотностью 0,33-0,35 г/см3). Полирующая суспензия состояла из водного раствора КОН с добавлением этилендиамина и алюмосил и катн ого порошка. Размер твердых частиц не превышал величину 0,2 мкм. Относительно высокая твердость порошковых компонентов, а также щелочная среда (РН=11,2-

11,        6) обеспечивали высокую скорость съема нарушенного слоя кремния при первичном полировании. Окончательное полирование при вскрытии изолированных островков монокристаллического кремния и суперфинишное полирование проводили с использованием суспензии на основе плазменного порошка с размером частиц менее 0.1 мкм и раствора щелочи с добавлением этилендиамина. При этом PH раствора находилась в пределах 10,2-10,8. Для получения сверхтонких структур использовалась суспензия на основе коллоидного раствора оксида кремния (сили- казоль, диоксид кремния).

Кристаллографическое совершенство изолированных слоев кремния оценивали методом рентгеновской дифрактоскопии по кривым качания. Полуширина кривых качания дифракционных пиков от поверхности исходных пластины и структур, полученных методом сращивания кремниевых пластин с последующим химико-механическим утончением рабочей пластины, составляет соответственно величины 18 мин и 36 мин.

Список литературы

[1]   Богданович Б. Ю., Гоафутин В. И., Калугин В. В., Не- стерович А. В., Прокопьев Е. П., Тимошенков С. П., Чаплыгин Ю. А. Технологии и методы исследования структур КНИ. – М.: 2003.

INVESTIGATION, RESEARCH AND MANUFACTURE OF SOI STRUCTURES TO PRODUCE INTEGRATED CIRCUITS AND DIFFERENT DEVICES OF MICROELECTRONICS

Timoshenkov S. P., Dyagilev V. V., Kalugin V. V.

The Moscow Institute of Electronic Technology (Technical University)

Moscow – 124498, Russia Prokop’ev E. P., Grafutin V. I.

State Science and Research Center of the Russian Federation,

Alikhanov Institute for Theoretical and Experimental Physics Moscow -117218, Russia

A quota of high technologies in general industrial potential is about м 30-40 % from overall manufacture volume in the developed countries. Special Microelectronics that determines a level of modern manufacture development plays a particular role. New element base of electronic industry allows creating many kinds of special devices, integrated circuits, sensors, gauges and micro-electromechanical systems for many branches of industry. In the future Special Microelectronics solutions will allow developing separate segments of commercial electronics on the world level.

As a result of researches the manufacturing route is developed and samples of SOI structures are obtained by a method of bonding and gas splitting. Silicon wafer surfaces and instrument layers obtained by methods of bonding are investigated. Results of samples characteristics research allow asserting perspective availability of the chosen technological process of wafer clearing process in manufacturing of SOI structures and expediency of similar manufacture at microelectronics enterprises.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии»

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты