2020-04-12
287
В молекулярно - лучевой эпитаксии (МЛЭ) используется не химическое осаждение из парогазовой фазы, а конденсация молекулярных пучков в вакууме. Рассматриваемый метод имеет некоторые преимущества перед эпитаксией из парогазовой фазы. Основное преимущество МЛЭ – низкая температура процесса. Это уменьшает диффузию примеси из подложки и автолегирование, снимает ограничения, существующие при изготовлении тонких слоев методом эпитаксии из парогазовой фазы, обеспечивает возможность получения сложных профилей легирования.
В настоящее время МЛЭ используется в массовом производстве высокочастотных и оптоэлектронных приборов на основе гетероструктур. Сущность процесса состоит в испарении кремния и одной или нескольких легирующих примесей. Испаряемое вещество с относительно высокой скоростью переносится в условиях вакуума на подложку. Низкое давление паров кремния и легирующей примеси гарантирует их конденсацию на относительно холодной подложке. Обычно МЛЭ проводят в сверхвысоком вакууме при давлении не выше 10-9 мм рт.ст. Длина свободного пробега при этом равна 5·106 см. Тогда скорость переноса определяется только термической энергией, а не диффузией. Процессом наращивания и его однородностью можно управлять путем изменения параметров источника. Целесообразно использовать для наращивания температурный диапазон 400 – 800°С. Скорость роста эпитаксиального слоя при таких температурах составляет от 0,01 до 0,3 мкм/мин. Максимальная величина сравнима со скоростью роста при эпитаксии из газовой фазы.
Для очистки поверхности пластин перед МЛЭ проводится высокотемпературный отжиг при 1000 – 1250°С длительностью до 10 мин. Удаление естественного окисла и адсорбированных примесей (кроме углерода) достигается обработкой поверхности низкоэнергетическим пучком ионов инертного газа. Для устранения радиационных дефектов процесс обработки ионами проводят при температуре 800 – 900°С.
Другим преимуществом МЛЭ является более широкий выбор легирующих примесей, возможность управления профилем легирования. Точное поддержание температуры подложки имеет принципиальное значение, так как от нее сильно зависит коэффициент аккомодации примеси. Наиболее часто применяемые примеси, такие как As, P, B, испаряются слишком быстро или слишком медленно для эффективного управления испарением. В результате нередко прибегают к использованию Sb, Ga или Al.
В другом способе легирования совместно с эпитаксией проводится ионная имплантация, в которой применяются слаботочные ионные пучки (1 мкА) с малой энергией (0,1 – 3,0 кэВ). Низкая энергия имплантации позволяет ввести примесь на небольшую глубину под поверхность растущего слоя. Так может быть получен профиль легирования, недостижимый при использовании традиционного метода эпитаксии из парогазовой фазы. При совместной имплантации и эпитаксии можно использовать традиционные примеси (фосфор, бор и мышьяк), поведение которых в кремнии хорошо изучено.
Развитие эпитаксиальной технологии
Гетероэпитаксия кремния на диэлектрических подложках. Монолитные кремниевые приборы имеют такие недостатки, как паразитные электрические цепи, возникающие вследствие проводимости подложки и большой емкости изолирующего перехода. С уменьшением размеров приборов эта проблема возрастает. Один из способов решения этой проблемы состоит в формировании отдельных приборов на островках кремния на подложках, выполненных из изолятора.
Эпитаксиальные слои кремния могут быть выращены на некоторых диэлектрических подложках, которые должны обладать следующими свойствами:
· не вносить существенных загрязнений в эпитаксиальный слой полупроводника при температуре, близкой к точке его плавления;
· иметь близкие к полупроводниковому температурные коэффициенты расширения (ТКР);
· быть химически стойкими к травителям, применяемым для обработки полупроводника.
Для получения изолированных эпитаксиальных слоев кремния в качестве подложки наиболее часто используются сапфир, кварц, окись бериллия. В табл. 5.1 представлены основные характеристики кристаллов диэлектриков, используемых в качестве подложек при гетероэпитаксии кремния.
Таблица 5.1
