Щука А.А. Электроника (2005) (1152091), страница 67
Текст из файла (страница 67)
Процесс эпитаксии легко осуществляется, если разность параметров решетки лежит в пределах ) 0%. В этом случае тонкий эпитаксиачьный слой прололжает сзруктуру атомных плоскостей подложки. Эпитаксиальное наращивание возможно из любой фазы вашества: газовой — газофазная эпитаксия (ГФЭ); жилкой — жидкофазная эпитаксия (ЖФЭ) и твердой — твердофазная эпи гаксия (ТФЭ), Методы гию4агпоа эпптакспп делятся на физические и химические.
К физи <вским методам относятся методы термического осаждения из молекулярных пучков в вакууме, методы катодного распыления и осаждения, метод мгновенного расплавления. Идеальные условия роста эпитаксиальной пленки заключаются в создании таких условий, при которых осажденис происходит на достаточно прогретую подложку. В этом случае подвижность падающих атомов или молекул обеспечивает формирование упорядоченной структуры. Температура подложки обычно лежит в пределах 576 — 673 К. увеличение температуры приводит к переиспарению падающих молекул с подложки и их конденсации на более холодных частях установки. Создание пересыщенного пара приводит к соз данию условий конденсации весьма далеких от тсрмодинамического равновесия.
Это особенно усложняет процесс напыления сложных соединений и сплавов. При напылении из одного источника испарение должно происходить конгруэнтно. Если жс компоненть' соединения лиссонируют, то их летучесть должна быть одинакова. Этого трудно лобитьс" н поз~ему получение однородных по толщ не и составу эпитак цельных п е ок является весьма трудной задачей. Следует отметить, что пленки, полученные классическим методом вакуумного испарсн" ния со многими источниками, позволяют получить монокристалличесьие структуры, прин ' чем их параметры будут близки к параметрам объемных кристаллов этих соелинсннй.
Модификацией метала классическо~о вакуумного напыления является ме~од мгновенн~ ного и~парения. Сущность лзетозга заключается в поддержании динамического равновесия я мо жду непрерывно и равномерно поступающим в испаритель веществом и составом пар а о" вой фазы. С этой целью в разогретый испарнтель с постоянной скоростью подается гр г ажке нулированный порошок испаряемого материала. Возгонка и конденсация его на подлож б <ехнологил производства интегральных схем происходят минуя жидкую фазу.
Это возможно. ко~да температура испарения выше температуры, необходимой для испарения наименее летучего компонента, ио ниже температуры плавления испаряемого материала. ))едосгатком метода мгновенного испарения является сравнительно высокая скорость напыления, зависящая существенным образом от температуры испарителя и размера зерен. )3альнейп<им развитием метода вакуумного испарения со многими источниками стала технолоп<я эпитаксии из молекулярных пучков или полек)у<дрло-лучевг<л элия<акела (МЛЭ). Отличительными чертами технологии получения пленок методом молекулярно-лучевой эпитаксии явлшотся: ь3 сверхвысокий вакуум в камере(),3х)0 (!а); С) контроль структуры и состояния подложки в течение всего процесса напыления; Д контроль и регулирование состава конденсата остаточной атмосферы; контроль состава молекулярных пучков.
Лрсцизионное управление составом молекулярных пу <ков позволяет производить напыление любых структур как из отдельных элементов, так и из их произвольного сочетания. Этот метод позволяет создать структуры с любым заданным профилем лсгирования Установка й)ЛЭ представляет соб<>й весьма сложную вакуумную систему, отвечающу<о вышеперечисленным треооваииям (рис. 5. )3). Она состоит нз двух камер, имеюц<их сверхвысоковакуумную безмаслянную откачку. В камере роста происходит формирование кристаллических пленок. Анализ свойств подложек и пленок происходит в камере анализа, конструкпия которой предусматривает нерсдачу механических усилий между камерами с целью перемещения держателя подложки из одной камеры в другую без их разгерметизации. Рис. 5.13.
Схема установки МЛЗ и вариант конструкции испарителя 1 — камера роста; 2 — камера анализа; 3 — вакуумный клапан, 4 — держатель педлояжи, э — ислврители, е— — оклаждаемые экраны; Т вЂ” заслонка,  — квадрупсльный масс-слектрометр; 9 — ионная пушка; 10 — дифрактометр медленных электронов и еже-спектрометр; 11 — окно 12 — микро-ЭВМ Часть!I. Микроэлектроника Напыление пленок происходит из источников молекулярных пучков, в качестве которььх используются испарители типа ячеек Кнудсепа. Ячейка выполнена из спектрально-чистоп графита, покрытого снаружи изолирующим слоем злунда !А!4Оз).
Нагрев осуществляется с помощью спирали из вольфрамовой проволоки. Чтобы исключить взаимное теплов~в влияние исто сников, ячейки помещены в экраны из рифленой танталовой фольги и окру. жены общим медным экраном, который охлаждается жидким азотом. Точность поддер. жанна температуры ячейки составляет один градус, Отличительной особенностью испа рителя типа ячейки Кнудсена является возможность создания ламинарных, безвихревых потоков молекул.
Перекрытие молекулярного потока осуществляется с помощью заслон ки, управление которой происходит вне камеры без ее разгерметизации, Очистка поверх носги подложки производится отжитом и бомбардировкой ионами инертных газов. Контроль химического состава и рельефа поверхности производится с помощью оже спектрометра и дифрактометра медленных электронов. Эти же приборы позволяю~ исследовать химический состав, кристаллическую структуру и ориентацию полученной пленки. Анализ остаточной атмосферы в камере, состав и интенсивность молекулярных пучков осуществляются с помощью квадрупольного масс-спектрометра. Контроль толщины эпитаксиальных пленок производится системой на основе кварцевого измерителя толщины. По вполне понятным причинам управление процессом формирования статических неоднородностей необходимо проводить в строгом соответствии с измеренными параметрами структур, операзивным внесением корректив в процесс.
Осуществление этого возможно только с помощью встроенной микро-ЭВ~Ь!. позволяющей управлять процессом в реальном масштабе времени. Поэтому этим методом выращиваются сверх- тонкие(10 †1 нм) эпитакспальные пленки полупроводников, диэлектриков и л1еталлов, создаются сверхрешетки, осуществляется многослойная застройка решетки, К достоинствам метода МЛЭ следует также отнести: Р возможность оперативного контроля и управления стехиометрией состава структур; С) обеспечение формирования весьма однородных по составу и свойствам пленок прак- тически любой толп1ины с заданным профилем легирования; 2 исключительные возможности для автоматизации всего процесса напыления с по- мощью встроенной микро-ЭВМ.
Химические методы эпитаксии основаны на осаждении из газовой фазы вегцества, полученного в результате ряда химических реакций. Например, восстановление хлоридов Я и Ое в водороде: ЯС!4 ' Н, —. Я + 4НС! или пиролитическое разложение моносилана' ЯН, = Я э 211, и др. Химические процессы проводятся в реакторах !Рис.
5.14). В реактор подается газовая смесь необходимого состава и соединения легирующих эле ментов. Рис. 5.14. Схема реакторной камеры дпя эпитаксии хпоридным методом 1 — реактсрнвя камера: 2 — нагреватель; 3 — кварцевая подачка, 4 — подпояка Методы экидкофазяой эпятаятци основаны на процессах кристаллизации из раствор» ' а или 'С, расплава. Обычно жилкофазная эпитаксия произволится при температуре 400 — -50" 5.
Технология производства интегральных схем что позволяет получать многослойные эпитаксишгьные структуры и пленки заданной конфигурации. гъ!епгодьг гттвердогриэной эгтитиксгггг основаны на процессах ориентированного роста при изотермическом отжиге. Методы ЖФЭ и ТФЭ распространены меньше, чем метод ГФЭ. Эпитаксиальные структу- ры для различных применений выпускаются в виде круглых пластин диаметром 80, 100, 150, 200 мм и толщиной от 200 до 400 мкм. Марку эпитаксиальной структуры принято обозначать дробно, в числителе которой при- водится характеристика эпитаксиального слоя, а в знаменателе -- характеристика крем- ниевой подложки.
Перед дробью стоит цифра, указывагощая на диаметр эпитаксиальной структуры. 10КЭФ0,5 К примеру, 125 ' расшифровывается следующим образом; подложка крем- 200КДБ! 0(110) ния диаметром 125 мм, ориентированная в плоское~и (110) с дырочгюй проводимостью, легированная бором с удельным объемным сопротивлением 10 Ом.см и толщиной 200 мкм, на которой выращена эпитаксиальная структура пленки кремния толщиной 10 мкм с электронной проводимостью, легированная фосфором с удельным сопротивлением 0,5 Ом см. 5.4.2. Легироввние полупроводников Методы пегирования Выозко- темпера~урная диффузия радиационно- стимулированная диффузия Ионнан имппантация Лазерное обпучение Диффузия в замкнутой системе Обработка частицами высоких энергий Вагонка ионов примеси Диффузия в открытон системе Непосредственное формирование структуры Обработка частицами низких знергий Диффузия из твердои фазы на поверхности Рис.
6Л 6. Классификация методов покапьнога пегирования полупроводников Лезвгровогггге полупроаошшкое представляет собой процесс введения примесей или структурных дефектов с целью направленного изменения электрических свойств. Электрические свойства легированных полупроводников зависят от природы и концентрации ввелеиных примесей доноров нли акцецторов. Примеси, как правило, образуют в полупроводниках твердые растворы замещения и обладакэт высокой растворимостью гв зо вплоть до значений 10 — !0 см . Эти примеси имеют малые сечения захвата носителей, Часть !I. Микроэлектроники являются малоэффективными центрамп рекомбинаций и практически не влияют на время жизни носителей заряда. Методы легнрования делятся на две группы: либо непосредственно в процессах выращи валия монокрисггшлов и эпитаксиальных структур, либо локальное легирование отдель ных областей монокристаллов На рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
