Контрольные вопросы

1. Что такое плазма?

2. Способы ионизации плазмы.

3. Какие виды электрических разрядов используются для получения плазмы?

4. Что такое квазинейтральность плазмы?

5. Дебаевский радиус экранирования.

6. Что такое степень ионизации плазмы?

7. Плазма изотермическая и неизотермическая.

8. Почему температура электронов в плазме может быть выше, чем температура ионов?

9. Какая плазма называется низкотемпературной?

10. Какие виды разрядов чаще всего применяются в промышленных плазмотронах?

11. Плазмотроны прямого и косвенного действия.

12. Как скорость химических процессов зависит от температуры?

13. Каким образом можно существенно повысить производительность химических процессов?

14. Как происходит подвод тепла в зону реакции в плазменных технологиях?

15. В каких условиях возможно более эффективно осуществить плазмохимический процесс, в равновесных или неравновесных?

16. Краткая характеристика основных операций плазменной обработки материалов: нагрев, плавление, сварка, наплавка, напыление, резка.

6. Субмикронные технологии микроэлектроники

6.1. Задачи субмикронной и нанотехнологий в микроэлектронике

Важнейшим событием для становления электроники как науки явилось изобретение в 1906 г. вакуумной электронной лампы. Следующим основным этапом в развитии электроники явилось изобретение транзистора в 1947 г. (Бардин, Шокли и Браттейн). С появлением в конце 50-х годов бестигельной зонной плавки появилась возможность получать кремний особой чистоты, что привело к вытеснению им из микроэлектроники германия и транзисторов на его основе. К главным достижениям микроэлектроники, определившем резкий скачок в развитии ее технологии, относится изготовление в начале шестидесятых годов прошлого века МОП (метал-окисел-полупроводник) – структуры на основе системы c высококачественной границей раздела и появлением планарной технологии. Сущность планарной технологии состоит в последовательном формировании слоев, расположенных друг над другом, с заданным рисунком элементов схемы (конденсаторов, диодов, транзисторов и т.д.). Элементы схемы соединяются друг с другом токопроводящими слоями, образуя интегральную схему (ИС). Свойства каждого нового слоя можно целенаправленно изменять, используя такие технологические операции, как легирование подложки, ее окисление, осаждение на нее различных пленок. Рисунок элементов схемы получают с помощью литографии.

На первых этапах развития полупроводниковой техники широкое распространение получил германий. Однако окисел германия растворим в воде, что весьма затрудняет его применение в планарной технологии. Кроме того, из-за малой ширины запрещенной зоны (0,66 эВ) допускаемые рабочие температуры транзисторов на его основе были сравнительно низкими (не более С). Открытие бестигельной зонной плавки, позволившей получать кремний особой чистоты, привело к его широкому использованию в полупроводниковой технике. Являясь более дешевым, с большей шириной запрещенной зоны (1,1 эВ), позволяющий формировать высококачественные структуры , кремний начал вытеснять другие полупроводниковые материалы, и сейчас более 90% изделий электронной техники выполняются на кремнии. Из других полупроводниковых материалов следует отметить арсенид галлия GaAs, перспективный для применения в оптоэлектронных приборах и быстродействующих интегральных схемах. В различных областях науки и техники применяются также и другие полупроводниковые материалы (InSb, SiC, теллурид кадмия-ртути и др.).

Современные тенденции в развитии микроэлектроники характеризуются возрастанием степени интеграции электронных схем, ведущей к уменьшению геометрических размеров элементов интегральных схем и большей плотностью их упаковки. Большие интегральные схемы (БИС) содержат ( ) элементов размерами от 5 до 2 мкм, а ультра большие (УБИС) – более элементов в кристалле, с размером элементов менее 0,35 мкм. Увеличение плотности упаковки интегральных схем позволяет создать более компактные и многофункциональные схемы. Миниатюризация элементов ИС способствует уменьшению времени переключения транзисторов, что ведет к увеличению быстродействия. Отсюда вытекают главные задачи микроэлектроники. Во-первых, увеличение степени интеграции (превышающей элементов в кристалле) и увеличение плотности упаковки элементов в ИС, что ведет к уменьшению размеров ИС. Во-вторых, увеличение быстродействия ИС (более команд/с). Из этих задач вытекают требования к технологии производства ИС, прежде всего, это требования к точности изготовления элементов на плоскости (точность по горизонтали) и точность совмещения слоев ИС по вертикали (точность по вертикали). Допуски на отклонение при формировании элементов на плоскости не должны превышать 10% их размера. Для удовлетворения этим жестким требованиям точность по вертикали должна достигать единиц и даже долей нанометра, т.е. это уже область нанотехнологии. Таким образом, задачей субмикронной и нанотехнологий является формирование элементов ИС предельно малых размеров 0,2–0,3 мкм с малым разбросом (10%) на кристалле ИС площадью 250–300 . Для выполнения этих требований следует совершенствовать известные и создавать принципиально новые технологии, высокоточные по горизонтали и вертикали. Так как диффузионные процессы при высокой температуре ведут к быстрому изменению размеров элементов ИС (к примеру, диффузное размытие бора, внедренного в подложку при температуре 950 , уже через 5 минут составляет около 4 мкм), то для удовлетворения требованиям точности необходимо разрабатывать низкотемпературные технологии.