химический каталог




Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем

Автор А.И.Курносов, В.В.Юдин

ой пластине полупроводника — подложке — тонкие слои того же полупроводника с небольшим содержанием легирующей примеси, служащие базами диодов, коллекторными областями транзисторов и пр.

Разновидности и методы эпитаксии. Термин «эпитаксия» был введен для обозначения процесса ориентированного наращивания кристаллов на кристаллах. Он составлен из двух греческих слов: приставки «эпи» — на и корня «таксис» — расположение в порядке. Эпитаксиальный слой — это монокристаллический материал, осажденный на кристаллическую подложку, сохраняющий

87

морфологию (структуру) этой подложки. В процессе эпитаксиального нарастания образующаяся фаза закономерно продолжает кристаллическую решетку имеющейся фазы с помощью образования переходного эпитаксиального слоя. Переходный слой способствует когерентному срастанию двух решеток по плоскостям и направлениям со сходной плотностью упаковки атомов, через него передается основная информация о кристаллической структуре подложки в нарастающий слой.

Известны три группы процессов эпитаксии: авто-, гетеро- к хемоэпитаксия.

Автоэпитаксия (от греч. авто — само)—это процесс ориентированного нарастания кристаллического вещества, однотипного по структуре с подложкой, отличающегося от нее только содержанием легирующих примесей.

Гетероэпитаксия (от греч. «гетеро» — другой) — это процесс ориентированного нарастания вещества, отличающегося по составу от вещества подложки, происходящий при их кристаллохимической взаимодействии.

Хемоэпитаксия — это процесс ориентированного нарастания вещества, в результате которого образование новой фазы происходит при химическом взаимодействии вещества подложки с веществом, поступающим из внешней среды. Полученный хемо-эпитаксиальный слой отличается по составу как от вещества подложки, так и от вещества, поступающего на ее поверхность.

Существует три основных технологических метода эпитаксии, отличающихся природой физико-химических явлений образования растущего слоя:

1) молекулярно-лучевал эпитаксия из молекулярных пучков в вакууме; 2) газофазная эпитаксия с помощью химического взаимодействия вещества в газовой или парогазовой смеси, называемая газовой или химической эпитаксией; 3) жидкофазная эпитаксия в жидкой фазе путем рекристаллизации из расплава или раствора-расплава.

Рассмотрим кратко основные особенности этих трех методов.

Молекулярно-лучевая эпитаксия. Эпитаксия из молекулярных пучков в вакууме является процессом прямого переноса вещества. Вещество-источник (монокристаллический кремний или германий) с помощью сфокусированного электронного пучка в высоком вакууме интенсивно испаряется, образуя поток молекулярных частиц, достигающих подложки без промежуточных взаимодействий. Осевшие на поверхность подложки частицы полупроводника под влиянием сил молекулярного взаимодействия образуют правильную структуру, определяемую кристаллической ориентацией полупроводника. Рост эпитаксиального слоя происходит вдоль поверхности, и растущий слой повторяет структуру подложки.

Разновидностью эпитаксии из молекулярных пучков в вакууме является метод сублимации, при котором испарение полупроводника, в частности кремния, производят путем прямого разо-88

грева электрическим током прямоугольной пластины, отстоящей от подложки на расстоянии в несколько сотен микрометров. В данном случае образец-источник не плавится, происходит возгонка (сублимация) кремния и перенос его на подложку. Получаемый слой обладает высоким удельным сопротивлением, так как вероятность попадания посторонних примесей из" вакуумной камеры мала, но производительность процесса недостаточна для промышленного производства.

Эпитаксия в газовой фазе с помощью химического взаимодействия. При кристаллизации из газовой фазы с помощью химического взаимодействия атомы полупроводника переносятся в составе химического соединения, которое диссоциирует на подложке, освобождая атомы полупроводника (если в процессе участвуют элементарные полупроводники —германий и кремний) или его молекулы. Химические методы наиболее широко применяются при получении эпитаксиальных слоев ? производственных условиях. Эти методы относятся к непрямым процессам переноса, сущность которых заключается в том, что в результате определенных химических реакций образуется полупроводниковый материал.

Среди гипотез эпитаксиального роста из газовой фазы следует отметить две. Согласно первой, полупроводник образуется на подложке в результате реакции диссоциации, катализируемой поверхностью подложки. Согласно второй, разложение соединений полупроводника происходит на некотором удалении от подложки. Частицы полупроводника достигают подложки путем диффузии в газовой фазе.

Химические реакции, приводящие к освобождению атомов полупроводника, можно объединить в четыре группы.

1. Реакции диспропорционирования галоидных соединений:

2ПГ2;?ПГ4 + П,

где ?—атом полупроводника (германий, кремний); Г—атом галоида (хлор, фтор, бром, иод).

2. Реакции восстановления галоидных соединений водородом:

ПГ4+2Н2^П + 4НГ, ПНГз+Н^П + ЗНГ.

3. Пиролиз (термораспад)—разложение соединений при нагреве:

ПН4:?ПЧ-2Н2.

4. Транспортные химические реакции (реакции переноса), идущие в две стадии:

П + 2НГ^±ПГ2+Н2 (перенос), ПГ2 +H25t ? +2НГ (осаждение).

89

Все эти реакции — обратимые. Направление протекания реакции и скорость осаждения зависят от концентрации исходных веществ и режима процесса.

Эпитаксия в жидкой фазе. Метод жидкофазной эпитаксии заключается в наращивании монокристаллического слоя полупроводника из расплава или раствора-расплава, насыщенного полупровод-никовым материалом. Полупроводник эпитаксиально кристаллизуется на поверхности подложки, погружаемой в расплав, при его охлаждении. В большинстве случаев при кристаллизации из жидкой фазы в качестве растворителя используют какой-либо металл, обладающий неограниченной растворимостью с полупроводником в жидком состоянии и образующий эвтектику, например А1 — Si или Au — Si. В случае жидкофазной эпитаксии полупроводниковых соединений в качестве растворителя применяют легкоплавкий компонент соединения, например Ga для GaAs и GaP. Это позволяет снизить температуру кристаллизации и уменьшить перепад температуры на границе подложка — расплав, что повышает чистоту наращиваемого слоя.

Перспективным является процесс пар— жидкость — твердое тело, сочетающий методы газовой и жидкостной эпитаксии. На поверхность полупроводниковой подложки наносят тонкий слой металла, образующего жидкую фазу эвтектического состава, что позволяет использовать низкие температуры эпитаксии. Атомы полупроводника осаждаются из газовой фазы и диффундируют через слой жидкости к границе с подложкой, где происходит их кристаллизация. Так как толщина слоя расплава не превышает 1 мкм, то скорость роста эпитаксиального слоя практически не зависит от времени диффузии атомов в расплаве.

Электрические характеристики легированных слоев и электрических переходов, получаемых методами эпитаксии, в основном подобны характеристикам структур, изготовляемых методом сплавления. Структура р-га-переходов в большинстве случаев резкая, поэтому зависимость напряжения пробоя от концентрации примесей в базовой области соответствует изображенной на рис. 5.5.

§ 6.2. Технологические особенности эпитаксии Si и Ge

Среди наиболее распространенных методов наращивания эпитаксиальных слоев германия и кремния основными являются восстановление их тетрахлоридов водородом и термическое разложение моно-силана SiH4 и моногермана GeH4. Монокристаллические слои кремния или германия осаждаются на нагретых подложках при пропускании над ними водорода с парами хлоридов или гидридов и легирующих примесей. Типичный процесс эпитаксиального наращивания состоит из следующих рпераций: 1) загрузка пластин в реактор; 2) продувка реактора инертным газом и водородом; 2) нагрев пластин и подача реагентов для газового травления с целью: очистки пластин; 4) прекращение травления и установление температуры, необходимой для наращивания; 5) подача реагентов для 90

осаждения и легирования эпитаксиальных слоев; 6) прекращение подачи реагентов и кратковременная продувка водородом; 7) выключение нагрева, продувка водородом и инертным газом; 8) разгрузка реактора. В производстве полупроводниковых приборов и интегральных микросхем наибольший объем эпитаксиальных процессов приходится на эпитаксию кремния. Наиболее широкое практическое применение получило восстановление хлоридов кремния водородом — хлоридный метод эпитаксии.

Хлоридный метод эпитаксии кремния. Его широкое распространение обусловлено сравнительной простотой и доступностью исходных материалов. Пары тетрахлорида кремния и водород подаются в реактор, где протекает основная реакция восстановления кремния

SiCl4+2H2=Si+4HCl (6.1)

Вместо тетрахлорида иногда используют трихлорсилан SiHCl3, восстановление которого протекает согласно реакции

SiHCl3 + H2^Si+3HCl (6.2)

При избытке хлористого водорода НС1 обе реакции идут справа налево, что используют для газового травления подложек с целью удаления поверхностных слоев кремния, содержащих нарушения структуры, а также остатков диоксида кремния и загрязнений. Процесс восстановления SiCl4 является более сложным, чем описываемый реакцией (6.1). Протекание реакций промежуточных взаимодействий учитывают двумя способами. Согласно первой схеме, восстановление сопровождается протеканием реакций с участием дихлорида кремния SiCl2, НС1 и Н2. Реакции осаждения (6.1) сопутствует реакция травления кремния:

SiCl4 + Si^2SiCl2 (6.3)

Вклад этой реакции увеличивается при возрастании концентрации тетрахлорида в водороде, что приводит к падению скорости роста эпитаксиального слоя. Помимо этого идут побочные реакции:

SiCl2 + HCl^SiHCl3, (6.4)

SiCl2+2H2^:SiH3Cl + HCl (6.5)

Образующиеся"хлористоводородные соединения кремния восстанавливаются водородом до чистого кремния.

Согласно второй схеме, восстановление SiCl4, происходит в газовой фазе по одной из реакций:

SiCl4 + H2^SiHCl3+HCl (6.6)

или

SiCl4 + H2=?SiCl2 + 2HCl. (6.7)

После частичного восстановления SiCl4 идет

страница 22
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87

Скачать книгу "Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем" (3.82Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
оборудование для частного кинозала
купить стулья для кухни
ограничитель для двери напольный
шкаф управления приточно-вытяжной вентиляции

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(26.09.2017)