Экстремальный российский кремний

Получены первые экземпляры структур для микросхем, которые до сих пор в России можно было только купить, но никак не сделать

Возможно, уже через три года в России наконец-то будут делать микросхемы и детали для микромеханических систем, способные работать в экстремальных условиях. То есть при повышенной температуре и наличии радиации. Впрочем, и в обычной жизни такие микросхемы будут работать куда лучше. Потому что новая технология позволит сделать подложки микросхем значительно тоньше и, следовательно, избавиться от "лишних" носителей заряда, пользы от которых - никакой, а вреда - много.

Суть в том, что полупроводниковая подложка, необходимая микросхеме для нормальной работы, должна быть довольно тонкой - десять, иногда двадцать микрон. Но иметь дело с такими тонкими подложками было бы очень неудобно - слишком уж они хрупкие. Вот и приходится делать их в десятки раз толще, уже в сотни микрон. Эти-то кремниевые "пьедесталы" и приводят к проблемам: чем больше массив кремния под микросхемой, тем больше в нем носителей зарядов, то есть электронов и дырок. А от них и помехи, тормозящие работу микросхемы, и дефекты, которые возникают при высокой температуре и ионизирующем излучении. Значит, надо как-то от "лишнего" кремния под микросхемой избавиться. Например, отделить микросхему на тонкой подложке от основного массива кремния, столь милого сердцу технолога, слоем изолятора.

Вот такими структурами типа "кремний на изоляторе" и готовы обеспечить отечественную микроэлектронику российские специалисты - сотрудники Московского государственного института электронной техники и их коллеги из Новосибирска, Брянска и Москвы. Технология, которую они разработали, во-первых, не очень сложна, а во-вторых, обходится гораздо дешевле, чем импортные аналоги. Проект поддержал Фонд содействия развитию МП НТС.

Делать такие трехслойные (кремний-диэлектрик-кремний) заготовки для микросхем авторы предлагают следующим образом. Оба слоя кремния, то есть и "пьедестал", и будущую подложку для будущей микросхемы надо положить в плазменную высокочастотную индукционную установку. Туда же - порошок оксидов кремния и некоторых других элементов (каких - это секрет). В плазме оксиды нагреваются, плавятся, испаряются, а потом осаждаются на поверхности кремниевых пластинок. Получаются мельчайшие капельки нового материала, похожего на жидкое стекло, состав которого определяется составом исходной смеси оксидов. Это и есть будущий изолирующий слой. Остывая, капельки превращаются в частицы размером 50-100 нм (десять в минус девятой степени метров), равномерным слоем покрывая поверхность пластинок кремния. Толщину слоя легко регулировать количеством исходной шихты, так что он может быть и толстым, и тонким - в зависимости от предназначения заготовки. Затем пластины соединяют "лицом", то есть осевшим материалом друг к другу, после чего отжигают несколько минут. Частички плавятся и разделяют пластины кремния слоем изолятора. Затем оставляют слой подложки для будущей микросхемы необходимой толщины, а остальное удаляют шлифовкой и полировкой. Что и требовалось получить.

- Самое главное во всей технологии - это как раз материал диэлектрика, - рассказывает руководитель проекта Виктор Калугин. - Трудно было найти такой состав, чтобы материал был одновременно прочным, химически стойким, хорошо прилипал к кремнию и не загрязнял его - ведь даже отдельные посторонние атомы принципиально ухудшают качество микросхем. А чтобы вся структура не деформировалась и не трескалась при перепадах температуры, коэффициент температурного расширения изолятора должен быть таким же, как у кремния. На создание материала - стекловидного диэлектрика с заданными свойствами - ушел не один год. Сначала исследованиями руководила профессор Валентина Петрова, теперь работу возглавляет профессор Сергей Тимошенков. Сейчас материал есть, и первые опытные образцы структур кремния на изоляторе уже получены и испытаны. Их качество по крайней мере не хуже, чем у импортных аналогов, а при массовом производстве, даже мелкосерийном, они будут и более дешевыми. Освоить же промышленное производство таких структур вполне реально.