Эпитаксия

Эпитаксией называют процесс наращивания слоев с упорядоченной кристаллической структурой путем использования ориентирующего действия подложки (повторения ее структуры). Если подложка и слой состоят из одного вещества, то процесс называют гомоэпитаксией (например, кремний на кремнии), если из различных – гетероэпитаксией (например, кремний на сапфире).

В процессе выращивания эпитаксиальной пленки в нее можно вводить легирующие примеси, создавая полупроводниковые пленки с определенными свойствами (типом проводимости, удельным сопротивлением и т.д.). Например, на поверхности кремния n -типа проводимости можно вырастить слой кремния (толщиной обычно 1…25 мкм) p -типа проводимости. В отличие от диффузии здесь удается получить четкие границы между слоями с различным типов проводимости.

Для получения эпитаксиальных слоев кремния наибольшее распространение получил хлоридный метод. Процесс протекает в реакторе вертикального (рис. 4.50) или горизонтального типа, содержащем кварцевую трубу, установленную в индуктор ВЧ-генератора. Подложки устанавливают на графитовой пирамиде, грани которой имеют наклон 5…7⁰. Каждый из газов подается из баллона по отдельной магистрали, содержащей фильтр, регулятор давления, запорный вентиль, манометр, ротаметр и электромагнитный клапан.

Рис. 4.50. Схема установки эпитаксиального наращивания из парогазовой фазы с вертикальным реактором:

1 – реактор; 2 – держатель пластин; 3 – индуктор

После загрузки пластин и герметизации реактора систему продувают азотом (для удаления воздуха), а затем водородом. Далее следует нагрев до 1200 ⁰С и выдержка в атмосфере водорода, в течение которой происходит восстановление окисных пленок кремния и их удаление с поверхности. Затем камеру заполняют газовой смесью HCl + H₂ для травления (на глубину в несколько мкм) нарушенного слоя и остатков SiO₂. После очистки систему продувают водородом, после чего, подают SiCl₄ и легирующую примесь (BBr ₃ или PCl₃).

В результате реакции

SiCl_4(пар) + 2 H_2(газ) Si_(тв.) + 4 HCl_(газ)

тетрахлорид кремния разлагается и на кремниевыу подложку осаждается кремний, который принимает структуру лежащего под ним слоя. При подаче CO₂ на поверхности эпитаксиальной пленки может быть получена пленка SiO₂. После окончания процесса подложку охлаждают потоком чистого водорода.