2. Конструктивное исполнение структур КНИ

Подложка, выполненная по технологии кремний на изоляторе, представляет собой трёхслойный пакет, который состоит из монолитной кремниевой пластины, диэлектрика и размещённого на нём тонкого поверхностного слоя кремния. В качестве диэлектрика может выступать диоксид кремния SiO2 или, гораздо реже, сапфир (в этом случае технология называется «кремний на сапфире» или КНС).

Рис.1 Структура КНИ

Первым направлением была гетероэпитаксия кремния на сапфире (КНС). Самым труднопреодолимым препятствием в КНС оказалось напряженное и содержащее огромную плотность дефектов и примесей состояние интерфейса. По мере роста толщины слоя структура улучшалась, однако, для КМОП ИС толщина слоя должна быть около 0,6 мкм; при такой толщине слои КНС занимали среднее положение между монокристаллическими и аморфными слоями. Однако кремний на сапфире является состоявшейся технологией с долгой историей успешного применения в космических программах, что объясняется его высокой стойкость к излучению, в том числе и к радиации.

Значительно более качественным диэлектриком является аморфный SiO₂, особенно полученный термическим осаждением.

Первым примером структур кремния на изоляторе на основе высококачественного исходного материала явились кремниевые структуры с диэлектрической изоляцией (КСДИ).

Рис.2 КСДИ в разрезе: 1-монокремний; 2-пленка SiO₂; 3-опорный поликремний

Для изготовления КСДИ используются обычные технологические установки: оборудование для изготовления кремниевых пластин и их химобработки, высокотемпературные печи для окисления кремния и диффузии в него примесей, установки для выращивания мелкозернистого поликристаллического кремния и для выращивания крупноблочного поликристаллического кремния.

В настоящее время эти структуры применяются крайне редко по целому ряду причин:

1) большая толщина слоев монокремния, заключенных в изолированные карманы (~ 20 мкм), и неоднородность ее в партии и по площади пластины (не менее ±15% согласно ТУ).

2) загрязнение кремния в карманах при длительном высокотемпературном наращивании опорного поликремния и уход параметров материала от номинальных;

3) невысокое качество поверхности к абразивному воздействию кремния и стенок SiO₂, выходящих за поверхность. Кроме того, из-за разницы ТКЛР моно- и поликремния трудно избежать прогиба пластин

полупроводниковый подложка кремний диэлектрик