Введение

Smart-cut технология получения структур КНИ и структур германий на кремнии, изоляторе, арсениде галлия, на кремнии и изоляторе и др. находит широкое применение в разработке и производстве новой элементной базы микроэлектроники и наноэлектроники, специальных радиационно- и термостойких ИС, различного рода сенсоров и датчиков и возможно высококачественных солнечных элементов. Последние достижения в технологии производства структур КНИ и нанотехнологии позволили повысить их совершенство и снизить цену, что привело к существенному увеличению объёмов их производства.

Ниже построены схемы процесса изготовления структур КНИ (в том числе тонких слоев монокристаллического кремния на стекле) и структур германий на кремнии, изоляторе, арсениде галлия, на кремнии и изоляторе и др. и структур кремний на германии в рамках Smart-cut технологии и определены направления исследований. Ранее [3,4] были установлены ключевые операции процессов: подготовка пластин, сращивание, режимы обработки поверхности и термообработк. Были изучены 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. Эти же операции процессов пригодны и для подложек германия.

В ряде предыдущих работ (см. [1-33]) были рассмотрены особенности и дан анализ различных технологий производства структур кремний на изоляторе (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 микроскопических об`емных дефектов, содержащих водород; трансформация этих созданных дефектов посредством термообработок; скалывание тонкого слоя материала подложки по системам таких дефектов по всей площади пластины [2-4]. В связи с этим в данной работе рассматриваются современные представления об этих процесса, используемых в технологии smart-cut (газового скалывания), посредством исследования сращивания пластин кремния и германия между собой и различными изолирующими подложками во влажных условиях (включая вогзможностьиспользования химической сборки поверхности методом молекулярного наслаивания) по данным выделения паров воды [2,3, 9-18,28,31-33]. Отмечается, что закономерности сращивания подложек кремния в рамках smart-cu технологии, установленные ранее [3,4], присущи процессам сращивания подложек кремния и германия между собой и c изолирующими подложками.

Преимущества структур кни перед структурами на основе объемного кремния

Анализ развития полупроводниковых технологий показывает, что в перспективе на структурах кремний на изоляторе (КНИ) удастся получать приборы (микросхемы) с улучшенными характеристиками по сравнению с аналогичными приборами изготовленными на обычных кремниевых пластинах. Технологические процессы изготовления интегральных схем (ИС), адаптированные для таких структур, могут стать наиболее подходящей основой для производства аналоговых, смешанных (биполярные-КМОП-ДМОП ИС) и цифровых ИС с наивысшими техническими характеристиками [1-33].

Основные преимущества структур КНИ перед объемным кремнием заключены в уменьшении влияния паразитных эффектов по периметру границы прибора и надежной изоляции рабочего объема прибора от остальной схемы и подложки.

Приборы с изоляцией p-n переходом имеют более значительные паразитные элементы. Диэлектрическая изоляция позволяет существенно уменьшить паразитные емкости, что повышает быстродействие. Транзистор в ИС с изоляцией p-n переходом содержит паразитную тиристорную структуру, которая может привести к защелкиванию при воздействии переходных процессов и высоких уровнях напряжения. Полная диэлектрическая изоляция исключает подобные нежелательные эффекты, устраняет взаимовлияние между элементами схемы и обеспечивает повышенное пробивное напряжение. Поскольку все проблемы, связанные с паразитными элементами и генерацией зарядов в объеме полупроводника, обостряются с ростом температуры или при действии ионизирующего излучения, ИС с полной диэлектрической изоляцией компонентов в общем случае отличаются от обычных схем лучшими параметрами при высоких температурах или воздействии радиации. Диэлектрическая изоляция позволяет увеличить возможности снижения потребляемой мощности и повышения быстродействия при пониженном уровне напряжения питания ИС. Диэлектрическая изоляция компонентов на кристалле более компактна (по сравнению с изоляцией p-n переходом) и соответственно на всей площади кремниевой пластины занимает меньше места, что приводит к увеличению интегральной плотности элементов. Надежность диэлектрической изоляции компонентов существенно выше надежности изоляции p-n переходом. Поэтому использование кремниевых структур, позволяющих изготавливать ИС с полной диэлектрической изоляцией, является не только перспективным, экономически целесообразным, но и, возможно, единственным способом получением приборов с необходимыми рекордными параметрами.

Таким образом, реально существует ряд факторов (перечисленных выше), позволяющих не только производить продукт (ИС) улучшенного качества, но и получать экономическую выгоду от использования структур КНИ вместо кремниевых подложек.