Данилин Б.С. - Вакуумное нанесение тонких плёнок (1051250), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Эти процессы используют в полупроводниковой технике для получения пленок из материала с различными типами проводимости. Существует два метода получения эпитаксиальных пленок полупроводниковых веществ; конденсация в вакууме из молекулярного пучка и осаждение из газовой фазы прн химических процессах. Г1ленки, полученные первым методом, обладают более низкими злектрофизическими свойствами (в частности, они имеют более низкое удельное сопротивление и подвижность носителей, чем у массивных монокристаллов). Главное преимущество метода кристаллизации из газовой фазы состоит в легкости управления процессом кристаллизации и его отдельными стадиями. При этом можно сравнительно просто вводить в растущий кри- 27 сталл примеси и получать слои с заранее заданными свойствами.
Для получения эпитаксиальных пленок из газовой фазы на монокристалличсских подложках используется два типа реакций: восстановление водородом галогенидов и термическое разложение иодидов кремния и германия. Реакции восстановления водородом галогенидов кремния и германия (в открытом процессе) имеют следующий вид: В!Х, + 2Н, К1+ 4НХ; ОеХ,+2П, - Ое+4НХ, В качестве исходных соединений обычно применяются В!С14 и ОеС!4, поэтому часто этот процесс называют хлоридным методом. При открытом процессе ЯС!4 или ОеС!4 помеща4отся в баллон, нагреваемый до определенной температуры.
Водород, проходя через баллон, увлекает за собой галогениды и переносит их в реакционную зону. Реакционная зона представляет собой кварцевую трубу, в которой помещены монакристаллы (затравки) кремния нли германия. При определенной температуре, поддерживаемой в этой зоне, происходит восстановление кремния или германия из их галогенидов и они кристаллизуются на затравках и стенках трубы, На рис. 1-9 показана принципиальная схема установки для осаждения эпитаксиальной пленки кремния. Установка состоит пз источника чистого водорода, системы насыщения тетрахлоридом, реакционной камеры и нагревателя.
Для очистки от кислорода водород пропускают !срез ловушку 2, заполненную палладированным алундом. Для удаления водяных паров н конденсирующихся газов водород пропускают через вторую ловушку 3, за. полненпую алюмогелем или силикагелем и охлаждаемую жидким азотом. После этого очищенный водород проходит через сосуд 4 с тетрахлоридом кремния и обогащается его парами. При заданной температуре определенные соотношения между компонентами достигаются путем регулирования скорости потоков ЯС1.! и Нй. Восстановление кремния происходит в реакционной камере, которая представляет собой кварцевую трубу, стенки которой охлаждаются проточной водой. Внутри реакционная камера может нагреваться высокочастотным индуктором б до температуры 1 300' С, 28 1хрей4ниевая подложка 5 предварительно тщательно шлифуется и травится до получения ровной блестящей поверхности, Для удаления остаточного слоя окиси кремниевые подложки обрабатываются осушенным водородом при температуре около 1300'С.
При этом кремний взаимодействует с двуокисью кремния, в результате чего образуется моноокись кремния, которая возгоняется и конденсируется 3 4 на стенках кварцевой трубы. После этого температуру в реакционной камере снижают и начинают пропускать водород че- .1 рез тетрахлорид. Скоростью роста пленки мож- ит но управлять, изменяя температуру реакции, ско- Рис, 1-9.
С"ема установки для осаждения яннтяксияльной плен- рость потока, состав сме- ки кремния. сн о!С14, Ня и время оса- ! — ротаметр; у — палладнраванный алуид для очистки вокорода; 8 — ма. ждения, лекулярнме сита !влагапоглотнтелн ЕСЛИ К тЕтраХЛОрнду для очистки водарола, ахлажлаемые жидким азатом); 4 — сосуд, аклаждаекрЕМНИя дОоаВИтЬ Прн- мый смесью спирта, волы в сухого Оиа будет ВКЧЮ льда; Б — подложка; 6 — высокочастот- нмй иядуктор, у — выходная ловушка. чена в пленку. Таким образом, меняя количество примесей различного типа, можно получить слои р- и и-типов с различным удельным сопротивлением.
Реакция термического разложения (при замкнутом процессе) имеет следующий вид: В!Х,— %+ 2Х,; ОеХ4 Ое+ 2Ха. Процесс основан на том, что при заданном количестве галогена (чаще всего иода) равновесие в реакции типа Оеар« Ое+25й при понижении температуры смещается вправо, и возникает возможность переносить германий и кремний из области высоких температур в область конденсации с низкой температурой.
При этом продукты реакции циркулируют между областями с различными температурами, отчего и происходит название «замкнутый процесс». Циркуляция в замкнутом процессе происходит за счет конвекцни и диффузии в газовой фазе. 29. Замкнутый процесс выращивания эпитаксиальных пленок имеет преимущества по сравнению с другими видами автоэпитаксии. Так, чистота получаемого осадка здесь мало зависит от чистоты газа, к которому при открытом процессе предъявляются исключительно высокие требования. К чистоте иода здесь также не предъявляются высокие требования. Поскольку процесс происходит при сравнительно невысоких температурах (400 †5' С), то диффузия примесей незначительна. Это дает возможность получить при замкнутом процессе любое требуемое распределение примесей.
Существует еще метод копдеисирования пленки полупроводникового вегцества на подложку, покрытуютонким слоем расплавленной эмали (реотаксиальный метод). При этом тепловые флуктуации поверхности расплавленной эмали обеспечивают болыпую подвижность атомов осаждаемого вещества, в результате чего возникает меньшее число центров образования кристаллизации, чем в случае ооразования пленки на поверхности твердого тела. Поэтому при реотаксиальном выращивании можно получить более крупные и четко ориентированные кристаллические образования. При выборе эмали руководствуются следующими соображениями; 1. Эмаль должна находиться в жидком состоянии во всем интервале температур нанесения пленок полупроводниковых веще:тв; коэффициент линейного расширения эмали и подложки не должен слишком сильно отличаться от коэффициента линейного расширения наносимых полупроводниковых веществ.
2. Наносимое вещество должно быть поверхностно активно для данной эмали и вместе с тем не должно в ней растворяться. 3. Эмаль должна быть изолятором и не должна вступать в химические реакции с наносимой пленкой. 4. Эмаль не должна содержать веществ, которые могли бы влиять на электрофизическпе свойства наносимой пленки. Для реотаксиального выращивания кремния путем осаждения из паровой фазы при разложении тетрахчорида кремния может быть использована эмаль следующего состава; 72,47о Б!О; 185э Ма,О; 7,1ч', СаО и 2,5% М80, После тщательного перемешивания отдельных ком- 30 понеитов этой смеси и обработки при температуре 1 400' С образуется однородная стеклообразиая эмаль, которую в виде тонкого слоя (!Π— 12 мк) наносят на керамическую подложку При нагреве до 700 — 800' С эмаль начинает плавиться, образуя на подложке тонкий слой жидкости.
Выращивание па этой эмали пленок кремния, легированных элементами 1П и Ч групп периодической таблицы Д. И. Менделеева, позволило получить диодные структуры с хорошей воспроизводимо- стью свойств. Методы химических реакций в газовой фазе применяются при изготовлении металлических, резистивных и диэлектрических пленок, используемых в качестве пассивных элементов тонкопленочных микросхем. При этом в результате разложения сложного химического соединения или химической реакции двух или более веществ продукт реакции осаждается в виде пленки на подложку.
Реакция может происходить под воздействием тепла (пиролитическое разложение), света (фотохимическое разложение), в результате гидролиза, воздействия электрического поля и др. Для получения металлических и полупроводниковых пленок, помимо реакции восстановления галогенидов металлов и полупроводников в токе водорода или другого восстановителя, при высоких температурах используется ппролиз металлоорганических соединений, а также гидридов металлов и полупроводников. Так, например, путем пиролиза хроморганических соединений получают пленки хрома. Для получения рсзистивных и диэлектрических слоев из окиснометаллических пленок применяется пиролиз кремнийорганических соединений, а также реакции гидролиза галогенидов металлов в окисляющей атмосфере.
Так, например, путем термического разложения тетраэтоксисилана в атмосфере инертного газа или в вакууме получают пленки двуокиси кремния. Используя гндролиз хлоридов в газовой фазе, получают двуокись титана с примесью двуокиси олова. Термическим разложением спиртового раствора 5пС!4 5НзО с добавками 5ЬС!з и ХпС!з получают пленочные резисторы из двуокиси олова с добавками окислов сурьмы и цинка. Оборудование для получения пленок с помощью химических реакций в больншнстве случаев значительно проще, чем установки для вакуумного напыления.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
