Хлоридний та силановий методи

Велике розповсюдження в промисловості одержав хлоридний метод автоепітаксії. При цьому методі проводиться осадження кремнію з газової фази з використанням реакції відновлення воднем тетрахлориду кремнію:

Автоепітаксія кремнію здійснюється на установці, яка складається з реакційної камери і газової системи, що забезпечує подачу в камеру водню, азоту, їх суміші та хлористого водню (рис.1).

Рисунок 1 - Установка для епітаксійного нарощування хлоридним методом

1 – реакційна камера; 2 – індуктор (нагрівальний електромагнітний пристрій); 3 - підставка для підкладок; 4 – підкладки ; 5 – вентилі.

Подача азоту передбачена необхідністю видалення повітря з газової системи та реакційної камери: суміш водню і хлористого водню вводиться в реакційну камеру для газової очистки поверхні підкладок безпосередньо перед епітаксійним нарощуванням.

Процес приєднання атомів кремнію, що утворюється в результаті реакції, до підкладки залежить від швидкості газового потоку та температури. Максимальний вихід кремнію спостерігається при температурі біля 1200˚ С.

В технологічному процесі створення мікросхем використовують підкладки кремнію з епітаксійними шарами, які мають різні питомі опори та типи провідності. Для одержання епітаксійних шарів з заданими властивостями використовується процес легування елементами III і V груп.

При утворенні епітаксійних шарів відбувається інтенсивне впровадження домішки, яка є в підкладці, - в епітаксійний шар. Це особливо помітно при нарощуванні високоомних шарів на сильноліговані підкладки. Прикладом можуть слугувати біполярні мікросхеми, в яких епітаксійний шар n- типу нарощується на сильнолігований «скритий» n+ - шар.

При автолегуванні впровадження домішки з підкладки обумовлено травленням підкладки (при реакції з хлористим воднем). В результаті такого травлення утворюються не тільки хлориди кремнію, але й хлориди домішок.

На рис.2 показано розподіл домішки в епітаксійному шарі, вирощеному на підкладці n+ - типу.

Рисунок 2 - Розподіл домішки в епітаксійному шарі товщиною , вирощеному на підкладці - типу.

Хлориновий (хлоридний) метод обмежує одержання тонких епітаксійних шарів. Для вирішення цієї задачі використовується силановий метод, в основі якого лежить реакція піролітичного розкладання моносилану:

При силановому методі використовують установки, аналогічні тим, що застосовуються при хлоридному методі. Реакція піролітичного розкладу починається при температурі . Ріст якісних шарів проходить при температурі біля . Переваги силанового методу: більш низька температура процесу. Крім того, при силановому методі не утворюється ніяких галогенідів, здатних травити підкладку і, тим самим, переносити домішку через газову фазу в зростаючий епітаксійний шар.

2.7.2 Молекулярно – променева епітаксія

Молекулярно – променева епітаксія (МПЕ) – це метод орієнтованого нарощування речовин при конденсації молекулярних пучків у вакуумі. При цьому методі нарощування епітаксійних шарів проходить при більш низьких температурах (400 ÷ 800˚С). Це зменшує вплив дифузії домішок з підкладки. Крім того, цей метод дозволяє легко варіювати профіль легування.

Молекулярно – променева епітаксія проводиться в спеціальних установках, в яких використовуються два способи легування. Один з них основний на легуванні атомами домішки, які випаровуються (рис.3), а другий – на іонній імплантації.

Рисунок 3 - Схема установки молекулярно – променевої епітаксії з легуванням на основі випаровування домішок

1- робоча камера; 2- тримач підкладки; 3- нагрівач; 4- підкладка; 5- заслінка; 6- потік домішки; 7- джерело домішки; 8- електронна гармата; 9- джерело кремнію; 10- потік електронів; 11- потік кремнію.

Після випаровування атоми кремнію і легуючої домішки досягають поверхні і вбудовуються в кристалічні гратки.

При другому методі легування нарощування епітаксійної плівки полягає в імплантації іонів із прискорених іонних пучків. Іонний пучок вводиться в робочу камеру, сканується в горизонтальному та вертикальному напрямках і змішується з пучком молекул кремнію на підкладці. Як звичайно, поверхня підкладки покрита шаром , тому початковий період росту епітаксійного шару може мати суттєві відміни.