книги / Электрохимические процессы в технологии микро- и наноэлектроники

реключения транзистора прямо пропорциональна подвиж­ ности носителей, приложенному вдоль канала напряжению и обратно пропорциональна квадрату длины канала. Од­ нако джоулев разогрев электронов в сильных электриче­ ских полях приводит к снижению на несколько порядков подвижности носителей, а следовательно, и предельную частоту. Одним из способов решения указанной проблемы, который не требует использования новых литографических методов, является создание в области высокоомного канала периодически повторяющихся низкоомных участков. Бла­ годаря более низкой напряженности электрического поля, в низкоомных областях происходит «охлаждение» элек­ тронов. При правильном подборе размеров высокоомных и низкоомных участков можно обеспечить сравнительно низкую электронную температуру, повышая тем самым бы­ стродействие транзистора. Теоретические оценки показали применимость данного подхода для случая островковых не­ однородностей легирования, если период неоднородности составит порядка 50—100 нм.

Таким образом, анодный оксид алюминия может быть использован в качестве маски для локального легирования канала быстродействующих полевых транзисторов.

В подавляющем большинстве практических приложе­ ний для формирования наноразмерного рельефа с исполь­ зованием твердых масок применяют методы «сухого трав­ ления», основанные на использовании различных видов плазменных технологий, хорошо зарекомендовавших себя в классической микроэлектронике. Однако применение плазменных методов травления и обработки поверхности различных материалов сопряжено с рядом нежелательных эффектов и проблем, например таких, как нарушение мор­ фологии поверхности, внесение в нее зарядов в процессе плазменной обработки, недостаточно точный контроль за скоростью травления и т.п. В зависимости от требований к структуре и параметрам формируемого устройства для решения задачи по формированию необходимого рельефа долясен быть выбран и соответствующий метод травления.

Необходимо отметить, что использование маски, отделен­ ной от алюминиевой подложки (в соответствии с рис. 3.37) сопряжено с рядом проблем. Во-первых, из-за малой толщи­ ны слой оксида характеризуется низкой прочностью. Во-вто­ рых, существуют сложности с позиционированием отдельной оксидной пленки. Поэтому целесообразнымявляется форми­

рование алюмооксидной пленки на поверхности обрабаты­ ваемой подложки. Однако при анодировании алюминиевой пленки, нанесенной на поверхность кремния, также возника­ ют сложности, связанные с границей раздела оксид алюми­ ния—кремний. Это связано с низкой адгезионной способно­ стью оксида алюминия к оксиду кремния. Целесообразным является использование адгезионного промежуточного слоя между исходной пленкой алюминия и подложкой кремния. В качестве материала такого слоя обычно используют ти­ тан. С одной стороны улучшается адгезия оксида алюминия к кремнию, а с другой —обеспечивается контроль момента полного окисления алюминиевой пленки (рис. 3.41).

Рис. 3.41. Зависимость клеммного напряжения от времени анодирования двухслойной структуры алюминий—титан

Как следует из рис. 3.41, процесс окисления титана ха­ рактеризуется резким возрастанием величины клеммного напряжения, поскольку в указанных электролитах проис­ ходит формирование беспористого оксида титана. В облас­ ти I происходит рост пористого оксида алюминия, в облас­ ти I I —беспористого оксида титана.

Для формирования наноотверстий в подложке с исполь­ зованием в качестве маски слоя пористого оксида алюминия наиболее подходящей является технология плазменного травления кремния. Для травления кремния используются различные газовые смеси на основе фреона и хладона. На рис. 3.42 приведены типичное изображение поверхности кремниевой подложки после ее локального плазменного

206 Глава 3. Анодные оксидные пленки в технологии полупроводников.

Использование методов плазменного травления в техно­ логии формирования наноструктур требует более деталь­ ного рассмотрения особенностей формирования структур с высоким аспектным отношением.

Применение пористого анодного оксида алюминия в технологии микросистем и сенсоров окружающей среды

Пористый оксид алюминия как функциональный эле­ мент может быть использован при создании микросистем

исенсоров окружающей среды.

Вчастности, пористый оксид наряду с Si02, Si3N4, GaAs

ит.д. может быть использован в качестве функционального слоя в высокотемпературных микроэлектромеханических системах (МЭМС). Результаты сравнительного анализа применения различных материалов для создания высоко­ температурных МЭМС представлены в табл. 3.3. Из приве­ денных в ней данных следует, что пористый анодный оксид алюминия характеризуется низкой стоимостью. Он техно­ логичен и обладает хорошей упругостью.

Таблица 3 3

Сравнительные характеристики материалов для МЭМС

210 Глава 3. Анодные оксидные пленки в технологии полупроводников.

Относительнаявлажность, %

Рис. 3.50. Зависимость емкости структуры алюминий—оксид алюминия—золото от влажности окружающей среды

3.4.8. Пористые оксиды различных металлов

Наряду с алюминием самоорганизованные пористые ок­ сидные структуры при определенной электрохимической обработке могут образовывать титан, гафний, цирконий, ниобий, вольфрам и тантал. Наноструктурированные оксид­ ные пленки этих металлов имеют особенные функциональ­ ные свойства, которые могут быть использованы в оптике, электронике, фотохимии или биологии. Например, порис­ тый анодный оксид титана является многообещающим мате­ риалом, благодаря хорошим газочувствительным свойствам, способности к самоочищению, контролируемой смачивае­ мости, биосовместимости, возможности его использования в солнечных батареях, фото- и термическом катализе. Этот материал обладает хорошей механической и химической ус­ тойчивостью и высокой коррозийной стойкостью.

Аналогично оксиду алюминия, нанопористый ТЮ2 по­ лучают электрохимическим анодированием Ti в кислотных электролитах, содержащих плавиковую кислоту или фтори­ ды аммония или натрия. Однако оксидные пленки титана обладают более сложной структурой, чем пористый анод­ ный оксид алюминия. В отличие от непрерывных порис­