Поликремний

Поликремний

Поликремний используется для различных целей:

• в качестве затвора в МОП-приборах,
• для формирования высокоомных резисторов,
• в качестве диффузионных источников при создании мелких p-n переходов,
• для формирования проводящих дорожек,
• для обеспечения невыпрямляющих контактов к монокристаллическому кремнию.

Осаждаемый поликремний, как правило, не легирован. Примесь вводится обычно диффузией или ионной имплантацией. Примесь так же может вводится в процессе осаждения. При добавлении к поликремнию нескольких процентов кислорода он становится полуизолирующим материалом, что применяется в пассивации ИС.

Поликремний осаждается путем пиролиза силана при 600 - 650 °C в реакторах с пониженным давлением:

SiH₄ Si + 2H₂

Параметры процесса осаждения

Наиболее важными параметрами процесса осаждения поликремния являются:

• Температура. Скорость осаждения быстро возрастает с ростом температуры. При повышении температуры более важную роль начинают играть химические процессы не на поверхности подложек, а в газовой фазе.
• Давление. Давление газов в реакторе, работающем при пониженном давлении, можно варьировать путем изменения скорости газового потока при неизменной скорости откачки или путем изменения скорости откачки при постоянном расходе газовой смеси. Если входящий в реактор газ представляет собой смесь силана с азотом, то при постоянном расходе силана можно изменять расход азота или одновременно изменять расход обоих газов, сохраняя неизменным их соотношение в газовой смеси. Когда изменяется общий расход газовой смеси при неизменных скорости откачки и соотношении компонент газовой смеси, скорость осаждения линейно зависит от давления, но если меняется только скорость откачки или только расход азота, то скорость осаждения слабо зависит от давления.
• Концентрация силана. Скорость осаждения поликремния обычно нелинейно зависит от концентрации силана. При высоких концентрациях силана фазообразование начинается уже в газовой фазе, поэтому существуют верхние пределы для концентрации силана в газовой фазе и скорости осаждения при заданных температуре и давлении в реакторе.
• Концентрация легирующей примеси. Поликремний может быть легирован в процессе осаждения за счет добавления в реакционную смесь фосфина, арсина или диборана. Диборан вызывает сильное увеличение скорости осаждения, а добавление арсина или фосфина резко снижает скорость осаждения. При введении легирующих добавок, кроме того, уменьшается равномерность толщины осаждаемых пленок по поверхности подложки.

Структура пленок

Структура поликремниевых пленок сильно зависит от вида легирующих компонент или примесей, температуры осаждения и термообработки пленок после осаждения.

• Поликремний, осаждаемый при температуре ниже 575 ^°С, аморфен по своей структуре без какого-либо видимого упорядочения атомов.
• При повышении температуры выше 625 ^°С поликремний становится поликристаллическим и имеет столбчатую структуру.
• Кристаллизация и рост зерен происходят при отжиге аморфного или столбчатого поликремния при ~700 ^°С.

Легирование поликремния

Поликремний может быть легирован тремя способами:

• Диффузия. Диффузия, являясь высокотемпературным процессом, приводит к очень низким значениям удельного сопротивления. В поликремнии диффузия легирующих атомов проходит быстрее, чем в монокристаллическом кремнии.
• Имплантация. Удельное сопротивление ионно-имплантированного поликремния в первую очередь зависит от дозы имплантации, температуры и времени отжига. Оно примерно на порядок превышает удельное сопротивление диффузионно легированного кремния, что объясняется разницей в концентрации примеси.
• Введение легирующих добавок в парогазовую смесь. Удельное сопротивление поликремния, легированного в процессе осаждения путем добавления в парогазовую смесь фосфина, арсина или диборана, сильно зависит от температуры осаждения, концентрации легирующих добавок и температуры отжига. Переход от высокого удельного сопротивления при низких температурах осаждения к низкому удельному сопротивлению при высоких температурах соответствует изменению структуры поликремния от аморфной к поликристаллической.