К.В. Фролов - Технологии, оборудование и системы (1062200), страница 128
Текст из файла (страница 128)
Метод не является разрушающим в отличии от ВИМС. Однако при больших экспозициях под пучком образуются радиационные повр сидения. зл.г. ововхдоваиик для Фовмиювмпи повквхносги и микюоньшнов твшдого ткяа ЗА2.1. Осоввн ности Общей особенностью методов сверхвысоковахуумн ого выращивания кристаллов (молекулярно-лучевая эпитаксия, ионнолучевое осалдение, лазерно-термическое напыление) явиешя низкая (0,1 - 1 нм/с) скорость роста кристаллов. Она обусловливает основные требовании к давлению остаточных газов, к качеству поверхности подложек, применяемых для эпитаксии: отсутствие поверхностных загрязнений и совершенаио кристаллической струкгуры приповерхностных областей. Даже незначительные (около одного монослоя, т.е.
примерно 10п молекул/смг) поверхностные загрязнения способны в том случае, когда они растворяются в выращиваемой пленке, обеспечить при толщине пленки 1 МКМ КОНЦЕ2ПРацию загрязнений 1022 см 2, по на два-три порядка выше концентрации электрически активных примесей, вводимых в палутцюводящие слои большинства изделий электронной техники. Вследствие малых скоростей роста не удается "оторвать" фронт крдсталлизации от диффузионного фронта, затруднительно также выращивать толстые буферные слои, поэтому единственная возмохиость избежать влияния поверхностных загрязнений — это очистка поверхности. 412 Глава 3.4. СВЕРХВЫСОКОВАКУУМНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ Существуют следующие основные методы препарирования чистых поверхностей кристаллов: скол кристаллов по плоскостям спайности; бомбардироюса (" травление" ) поверхности ионами инертных швов; термическая десорбция загрязнений; проведение химических реакций, сопровикдающихся образованием более летучего продукта, чем исходные зырязненля.
Контроль чистоты поверхности обычно осушесппяется методом ЭОС. После очистки поверхности кристалла возможно формирование его новой поверхности, например, посредством нанесения тонкого слоя материала кристалла с помощью молекулярно-лучевой эпнтаксии (МЛЭ). Молекулярно-лучевая эпнтаксия — метод выращивания кристаллов путем реакции паров компонентов этих кристаллов на поверхности подложки в вакууме. МЛЗ яюшется разновидностью вакуумного испарения.
Рост пленок при МЛЭ определяется в ооновном кннетикой взаимодействия пучков с поверхностью кристалла в гппичие от роста пленок при жидко- и газофазной эпнтайсиях, условия проведения которых близки к равновесным. При МЛЭ скорости поступления на подложку атомов как основных компонентов пленки, так и легирующих примесей можно вычислить, зная давление паров.
Легирующие примеси, имеющие обычно меньшее давление паров, чем основные компоненты пленки, обышают единичными коэффициентами прилипания. Для контроля скорости роста часто применяют ионный манометр, непосредственно вводимый в молекулярные потоки основных компонентов вблизи поверхности подложки. Наиболее важная информация о процессах роста может быть получена путем анализа поведения картин, получаемых при дифракции быстрых электронов (ДБЗ). В частности, по периодическому изменению интенсивности рефлексов можно определить толщину нанесенных слоев.
Специфические особенности МЛЭ следующие; выращивание структур, содержащих тонкие (до одного монослоя) пленки с резким изменением состава на границах - за счет относительно низкой температуры роста, препятствующей взаимной диффузии, при соблюдении условий, обеспечивающих слоеной рост, получение гладких совершенных границ раздела при слоеном росте в отсутствие образования зародышей на ступенях; прецизионный контроль толщины слоев вследствие малой скорости роста; создание структур со сложными профилями состава по основным компонентам или электрически активным примесям; получение монокристаллов высокой чистоты.
В развитии МЛЭ можно вьщелнть три основных периода. В первый период (1970- 197б гг.) проводились исследования главным образом на системе гаплнй-алзоминиймышъяк. Были получены эпнтаксиальные слои арсенида галлия, арсензща галлия-алюминия толщиной несколько десятых допей нанометра и многослойные периодические структуры (сверхрешетки). Во втором периоде (1977 - 1979 гг.) велись работы, напраююнные на повышение чистоты и совершенсща вырашиваемых слоев и рассматривалась целесообразность использования метода МЛЭ с учетом стоимости и производительности оборудования.
За счет получения вакуума порядка 10 з Па, введения шлюзовых методов загрузки и выгрузки подложек, применения вращения подложек в процессе эпнтакоии, автоматизации технологического процесса значительно повысилась эффективность МЛЭ. В третий период с 19ЛО г. метод начали использовать для изготовления полупроводниковых лазеров и быстродействующих микросхем с использованием полевых транзисторов с барьером Шоттки на основе селективно легированных гетеропереходов с высокой подвижностью элекгр оно в.
Появилась возможность создаюи новых приборов на основе использовании сверхрешегок. зя.2.2. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ МОЛЕКУЛЯРИО-ЛУЧЕВОИ эпитьксни Современное сверхвысоковакуумное (СВВ) оборудование для МЛЭ конструируется в многокамерном и модульном исполнениях. Число технологических модулей (камер) в одной установке 2 — 4. Наблюдается тенденция к увеличению числа модулей в связи с ростом числа технолопггесклх операций, проводимых в течение одного вакуумного цикла и повъппением производигелъности оборудования. Каждый модуль предназначен для выполнения определенных операций - очиспся поверхности подложки, выращивания структуры, анализа подложки и плохой структуры, нанесения металлических и диэлектрических покрытий. Модуль яющется функционально законченной единицей оборудования, содержащей собственную евер хвысоковакуумную систему, необходимый набор технолглцческнх и аналитических устройств, механизм дяя перемещения и юстнровки подложек в камере и систему питания н управления.
Для осушеспления операций по введению подложек в вакуумный объем, транспортированию и передаче их из одной вакуумной оворудовлние для Формировлния поверхности и микроовъвмов твлА 413 камеры в другую и вьпрузке готовых структур из оборудования применяют вакуумные загрузочно-транспортные устройства и системы со шлюзованием. Получение сверхвысокого вакуума в рабочих камерах обесцечивается посредством применения безмасляиых средств откачки путем комбинации различных насосов (сор бцио нных, тур бо молекулярных, ионных, сублимационных и криогенных) с проведением обезпокявания вакуумных камер при температуре 200 - 300'С в течение 20 - 48 ч. Предельное остаточное давление в рабочих камерах - не более 10 з Па, а в транспортных устройствах - 10-з — 10 т Па.
Современное оборудование для МЛЗ расочитаио на использование подложек диаметром до 200 мм. В большинстве типов оборудования обеспечивается высокий уровень автоматизации операций выращивания структур; на отдельных установках автоматнэироваиы операции загрузки и транспортирования подложек. Оборудование юш МЛЗ по компоновке и структуре подразделяют на три основных варианта: установки с линейным расположением технологических модулей и последовательным перемещением подложек на проход через камеры с помощью передающих манипуляторов; установки и комплексы с линейным расположением технологических модулей и загрузочно-транспортной системой в виде вакуумного конвейера; установки о радиальным расположением технологических модулей вокруг карусельной загрузочно-транспортной системы. К первому варианту относятся установки многих зарубежных фирм и отечественные, разработанные в конце 70-х и начале 80-х годов. В этих установках камеры зшрузки и выгрузки, очистки, анализа и эпитаксиального роста соединены последовательно мелду собой вакуумными каналами с шиберными затворами для их перекрьпия; транспортирование подложек производится по этим каналам через вакуумные камеры с помощью передающих манипуляторов.
Компоновка оборудования с вакуумным конвейером (второй вариант) реализована в установках МВЕ-2300 Р, МВЕ-32 фирмы Ийюг (Франция), МВЕ-80 и МВЕ-80Н фирмы Уаспшп Оепетагож (Англия), установке фирмы Апе1та (Япония) и в отечественном магистрэльно-модульном комплексе для МЛЗ. В этом варианте компоновки технологические камеры и загрузочно-транспортные механизмы выполнены в виде отдельных модулей, что дает возможность доукомплектовывать. установки различными устройствами в зависимости от числа технологических операций и требуемой производительности. Радиальное раоположение рабочих модулей вокруг карусельной загрузочно- транспортной системы осуществлено в установке типа МВЕ-360 фирмы Уапап (США).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
