Подложка

Гетероэпитаксия - это процесс наращивания эпитаксиального слоя, повторяющего структуру подложки, но отличающегося от вещества подложки по химическому составу (Si на Ge; Ge на Si; Si на GaAs).

Эпитаксиальный слой

Подложка

Эпитаксиальные слои, в отличие от кремниевой пластины из слитка (выращенного из расплава) не содержат кислорода и углерода, которые являются центрами образования различных дефектов.

В ИМС эпитаксиальные слои служат в качестве высокоомных областей транзисторов - приборов, являющихся наиболее важной частью ИМС. Толщина эпитаксиального слоя составляет 3-25 мкм - в зависимости от назначения ИМС.

Эпитаксиальные слои можно наращивать в вакууме, из парогазовой и жидкой фазы. Большинство процессов эпитаксии - осаждение из парогазовой фазы.

Хлоридный метод эпитаксии.

Хлоридный метод основан на восстановлении тетрахлорида кремния SiCl₄ водородом при взаимодействии SiCl₄ c чистым водородом:

Данная химическая реакция обратима, поэтому необходимо строго выдерживать параметры процесса (температуру, соотношение (H₂: SiCl₄ ) реагентов), иначе будет наблюдаться обратный процесс - начнет травиться кремний.

Схема установки эпитаксиального осаждения.

Процесс эпитаксиального осаждения включает этапы:

1. загрузка пластин в реакционную камеру;

2. продувка камеры азотом для вытеснения воздуха;

3. продувка камеры водородом;

4. нагрев пластин до температуры 1200°С,

5. осаждение эпитаксиального слоя, для чего начинают пропускать водород через
жидкий SiCl₄. Водород захватывает пары SiCl₄ и переносит их в реакционную камеру,
где идет реакция восстановления кремния.

В процессе роста эпитаксиальные слои легируют, т.е. в них вводят донорные или акцепторные примеси для получения определенного типа проводимости (n- или p-) и определенного удельного сопротивления эпитаксиального слоя. Легирование эпитаксиальных слоев происходит одновременно с их ростом путем введения в газовую смесь соединений, содержащих легирующие элементы.

Если необходимо получить эпитаксиальный слой n-типа проводимости, используют легирующие вещества, содержащие фосфор (РС1₃, РН₃ и др.).

Если необходимо получить эпитаксиальный слой p-типа проводимости, используют легирующие вещества, содержащие бор (В₂Н₆, BBr₃ и др.).

Эпитаксия выполняется на установках типа УНЭС, Изотрон, управляемых в основном ЭВМ.

Основной недостаток хлоридного метода - высокая температура процесса, приводящая к проникновению примесей из пластины в растущий эпитаксиальный слой.

Силановый метод эпитаксии.

Силановый метод основан на использовании необратимой реакции термического разложения силана:

Совершенные эпитаксиальные слои получаются при температурах 1000° -1050°С, что на 200° - 150°С ниже, чем в хлоридном методе. Это уменьшает нежелательное проникновение примеси из пластины в эпитаксиальный слой, что позволяет изготавливать эпитаксиальные структуры с более резкими границами переходов.

Скорость роста слоев выше, чем в хлоридном методе.

К недостаткам метода относятся самовоспламеняемость и взрывоопасность силана, поэтому на практике применяют силан в смеси с водородом. При содержании силана менее 5 % смесь не самовоспламеняется.

После проведения процесса эпитаксии контролируют толщину, удельное сопротивление, плотность структурных дефектов эпитаксиального слоя.

Тема: Окисление

Урок