Физика поверхности и микроэлектроника

Материалы о физике / Физика поверхности и микроэлектроника

Микроэлектроника в своем сравнительно недолгом развитии прошла путь от создания приборов, представляющих собой несколько полупроводниковых структур в общем корпусе, до сверхбольших интегральных схем, объединяющих десятки тысяч активных элементов на одном полупроводниковом кристалле площадью менее квадратного сантиметра. Основополагающей в развитии микроэлектроники явилась идея интеграции - одновременного изготовления на единой подложке большого числа полупроводниковых приборов (диодов, транзисторов и др.), образующих интегральную схему, все элементы которой расположены в тонкой (толщиной менее десятой доли миллиметра) приповерхностной области полупроводниковой пластины, а также в пленках диэлектриков и металлов, наносимых на ее поверхность по необходимому рисунку. Такая технология получила название планарной (от латинского корня, обозначающего плоскость) и, как видно из сказанного, неразрывно связана с поверхностью и границами раздела твердых тел.

Микроэлектроника в настоящее время является в основном интегральной, поскольку создание большинства современных полупроводниковых приборов немыслимо без использования принципа интеграции. Одним из важнейших факторов, стимулирующих развитие интегральной электроники, является низкая стоимость ее элементов. Только современные интегральные схемы позволяют создавать ЭВМ, доступные рядовому потребителю. То же можно сказать о технике связи, бытовой радио и телеаппаратуре и т. п. Вторым фактором, способствовавшим прогрессу интегральной электроники, являются чрезвычайно малые габариты интегральных схем при сохранении сложности и многообразия, выполняемых ими функций и весьма низком энергопотреблении.

В настоящее время типичные размеры элементов интегральных схем составляют единицы микрометра, а толщины диэлектрических пленок - десятки и сотни нанометров. Такие схемы требуют обычно питающих напряжений, измеряемых единицами вольт, а мощность, потребляемая схемой средней степени интеграции, часто не превышает 10-6 Вт.

Достижения современной планарной технологии позволяют уменьшить размеры активных областей отдельных полупроводниковых приборов, составляющих микросхему, до долей микрометра, а толщины диэлектрических пленок (при сохранении их высокого качества) — до 10-20 нм и менее. Это открывает путь к дальнейшему повышению степени интеграции элементов, снижению рабочих напряжений и энергопотребления.

Не следует, однако, думать, что такой переход дается легко. Существует большое количество как чисто технологических, так и физических, материаловедческих и других проблем. Например, чем меньше толщина диэлектрических пленок, тем выше требования к их однородности по толщине и сильнее влияние переходных слоев, всегда существующих на границах их раздела. Разработка технологий создания таких диэлектриков требует прецизионных методов контроля параметров, применения сверхчистых исходных реагентов и более совершенного (и более дорогостоящего) оборудования, которое, как правило, управляется мини-ЭВМ или встроенными микропроцессорами.