химический каталог




Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем

Автор А.И.Курносов, В.В.Юдин

восстановление хлоридов или диспропорционирование их на подложке с. образованием атомарного кремния. Относительно более легкий распад молекулы SiHCl3 по сравнению с молекулой SiCl4 определяется меньшей энергией связи Si — ? по сравнению с энергией связи Si — С1.

91

При малых концентрациях тетрахлорида кремния в водороде наблюдают линейную зависимость скорости роста от концентрации SiCl4 в соответствии с реакцией (6.1). При увеличении содержания SiCU скорость роста снижается и в дальнейшем наблюдается переход к травлению подложки — преобладает реакция (6.3).

Экспериментально показано, что при температурах 1050— 1300° С максимальное значение энергии активации (145 кДж/моль) соответствует концентрации 5% SiCl4 в водороде. При более низких или более высоких концентрациях SiCl4 энергия активации процесса осаждения кремния снижается. Таким образом, при концентрациях SiCl4 менее 1% происходит реакция роста (6.1). При больших концентрациях одновременно с реакцией (6.1) идет реакция травления (6.3), а также парофазные реакции (6.4) — (6.7).

Осаждение кремния совершается в интервале температур 1150—-1250°С, концентрация тетрахлорида в водороде поддерживается на уровне 0,5—1%, а скорость потока газа составляет 0,1—1 м/с. При этих условиях скорость роста слоев близка к 1 мкм/мин. При невысоких температурах и большом содержании тетрахлорида в парах образуются рыхлые и аморфные или поликристаллические соли кремния. Увеличение температуры подложек и уменьшение мольной доли тетрахлорида в газовой смеси ведет к уплотнению и кристаллизации слоев.

Гидридный метод эпитаксии кремния. При проведении проце са эпитаксии хлоридным методом температура подложек составляет около 1200° С. В результате происходит заметная диффузия примесей из сильно легированной пластины — подложки — в слаболеги^ рованный растущий эпитаксиальный слой. Это явление называют автолегированием. Помимо диффузии автолегирование может осуществляться вследствие переноса примеси с обратной стороны подложки в растущий слой. Автолегирование изменяет концентрацию примесей в эпитаксиальном слое, распределение примесей на границе слой — подложка и тем самым толщину области с заданной концентрацией примеси в эпитаксиальном слое.

Для ограничения диффузии примесей из подложки стремятся выбрать легирующую примесь в ней с низким коэффициентом диффузии, например Sb и As в кремниевых п+-подложках вместо фосфора.

Другой возможностью ограничения диффузии примесей является снижение температуры процесса. Снизить температуру до 1000° С при эпитаксии кремния можно путем использования УФ-об-лучения подложек во время наращивания. Облучение УФ-светом уменьшает влияние примесей, адсорбированных из газовой фазы, на подвижность мигрирующих по поверхности подложки атомов кремния. Более кардинально проблема ограничения автолегирования решается путем использования гидридного метода эпитаксии, позволяющего снизить температуру процесса. Гидридный метод состоит в пиролизе моносилана, поэтому его иногда называют сила-новым методом. Уравнение реакции термораспада моносилана име-

92

ет вид

SiH4:?Sl+2H2 (6.8)

Освобождающийся кремний осаждается на подложках, температура которых может быть снижена до 1000° С. Это практически предотвращает диффузию примесей из подложки и способствует росту слоя с равномерным распределением легирующей примеси ??· толщине. Оптимальные температуры осаждения при пиролизе моносилана 1050—1100° С. В качестве источника обычно применяют смесь, состоящую из 4—5% моносилана и 95—96% Не, Аг или На высокой чистоты. Концентрация моносилана в водороде во время осаждения 0,05—0,1%, а скорость потока газа 30—50 см/с. При этих условиях скорость роста может изменяться от 0,2 до 2 мкм/мин.

Определенной сложностью при работе с моносиланом являете* возможность его самопроизвольного газофазного разложения в реакторе с образованием твердых частиц. Это вызывает уменьшение концентрации моносилана в газовой фазе и снижение скорости роста. Твердые частицы, попадая в растущий слой, могут привести? к появлению несовершенств кристаллической структуры. Вероятность газофазного пиролиза моносилана увеличивается при температурах выше 1100°С, концентрации моносилана в водороде более 0,12% и скорости потока газа менее 20 см/с, а также-при наличии в газовой фазе следов Н20 и 02.

Кроме сравнительно низкой температуры процесса преимуществом метода пиролиза моносилана является отсутствие во время роста слоев соединений, содержащих хлор. При этом по сравнению с хлоридным методом удается уменьшить автолегирование и получить более резкие профили распределения концентрации примесей на границе слой — подложка. Скорость осаждения кремния при термораспаде моносилана линейно зависит от концентрации SiH* в смеси. При возрастании температуры от 800 до 1100° С скорость роста увеличивается, причем энергия активации процесса составляет (140±17) кДж/моль. При температурах выше 1100° С скорость роста перестает зависеть от температуры и определяется массопе-реносом реагентов в газовой фазе.

Горизонтальные и вертикальные реакторы. Температурные и газодинамические условия проведения процесса во многом определяют качество растущих эпитаксиальных слоев, поэтому к оборудованию для эпитаксии предъявляют высокие требования. Установки эпитаксиального наращивания отличаются прежде всего конструкцией реакторов, которые бывают двух основных типов: горизонтальные и вертикальные.

Горизонтальный реактор обладает наиболее простой конструкцией (рис. 6.1, а). Поток парогазовой смеси идет в нем параллельно подложкодержателю и, обедняясь по мере протекания над пластинами, вызывает изменение толщины и удельного сопротивления эпитаксиальных слоев. Для более равномерного осаждения используют два способа: подложкодержатель устанавливают поднекото-

93.

рым углом к направлению газового потока (рис. 6.1, б) либо используют распределенный ввод газа по всей длине подложкодер-жателя (рис. 6.1, е.).

Вертикальные реакторы обеспечивают наилучшие условия для нагрева и потока газовой смеси благодаря осевой симметрии конструкции реактора. Вращение подложкодержателя способствует выравниванию тепловых и газодинамических полей. На рис. 6.2, а показан реактор с четырехгранным подложкодержателем и верти-

кальным вводом парогазовой смеси, применявшийся в первоначальных конструкциях установок с вертикальным реактором. На рис. 6.2, б показан высокопроизводительный вертикальный реактор барабанного типа с горизонтальным вводом рабочей смеси. Нагрев четырехгранного графитового подложкодержателя производится с помощью индуктора токами ВЧ, а реактор представляет собой кварцевую трубу. Нагрев барабанного подложкодержателя осуществляется изнутри с помощью резистивных элементов, а реактор выполнен из нержавеющей стали, его иногда называют колпаковым.

Принципиальная схема установки для эпитаксии представлена на рис. 6.3. Сосуд с тетрахлоридом кремния или смесью SiCU+ВВгз либо SiCl4+PCl3, содержащей легирующие добавки-^трехброми-стый бор ВВг3, или треххлористый фосфор РС13 для легирования слоя акцепторной или донорной примесью, находится в термостате, поддерживающем с высокой точностью температуру тетрахлорида, что обеспечивает необходимое давление паров. Обычно это температура около или ниже 0° С, так как SiCI4— очень летучая жидкость. В систему подается водород, прошедший палладиевую очистку для удаления следов влаги и кислорода. В палладиевой или платиновой системе очистки стоит диафрагма из Pd или Pt соответственно, нагретая до 400—450° С. Атомарный водород диффундирует с высокой скоростью через эту диафрагму, его расход составляет около 1 м3/ч, тогда как другие вещества почти не проникают через диафрагму вслествие малости-их коэффициентов диффузии.

94

Н2 Si

4

К форвакуум-ному насосу

К скрубберу

Рис. 6.3. Схема установки для эпитаксии кремния

Точка росы после очистки составляет —70° С. Водород проходит через кран 1 и ротаметр, измеряющий расход водорода. Краны 2, 3, 4 закрыты. Кремниевые подложки нагреваются до 1000—1200° С, и в протоке водорода их поверхность подвергается очистке. Кран / закрывают, а краны 2 и 3 открывают. Водород проходит через сосуд с SiCl4 и насыщается парами тетрахлорида, которые в реакторе восстанавливаются до элементарного кремния. Продукты реакции— непрореагировавший SiCl4, Н2, НС1 и др.—через открытый кран 5 выходят в скруббер, предназначенный для улавливания ядовитых отходов, где они сгорают в водородном пламени. Для газового травления в установках эпитаксиального наращивания предусмотрена подача хлористого водорода через кран 1 в камеру перед процессом эпитаксии. Широкое применение получила установка наращивания эпитаксиальных слоев УНЗС-2П-В (двухкамерная, с реактором вертикального типа). Оба реактора могут работать последовательно: один загружают, в другом идет процесс наращивания слоя.

Технология эпитаксиального наращивания решает прежде всего задачу достижения требуемых значений толщин эпитаксиальных слоев и уровней легирования с точностью не хуже +(5—10)% от пластины к пластине. Чтобы добиться хорошей воспроизводимости-толщины эпитаксиальных слоев, прежде всего необходимо сохранять постоянной скорость наращивания. Для этого следует поддерживать на постоянном уровне концентрацию основного вещества: (SiCl4, SiH4) и температуру в течение всего процесса. Для воспроизводимого получения эпитаксиальных слоев с заданным удельным сопротивлением нагрев должен быть равномерным, так как температурные зависимости давлений паров и степени диссоциации основного вещества и легирующих примесей различны.

Гетероэпитаксия кремния на сапфире и шпинели. Гетероэпитак-сиальные структуры кремния на сапфире (КНС) получили широкое распространение для изготовления МДП СБИС. С помощью КНС-структур достигается очень высокая плотность упаковки и обеспечивается простота изоляции элементов схемы. Это обусловлено тем, что вначале на сапфировой подложке наращивают эпитаксиальный слой кремния, в котором создают элементы ИМС,. а затем участки между элементами стравливают вплоть до изолирующей подложки. Наибольшее рас

страница 23
< 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
производители напольных вешалок
привод sm 230
Кабина туалетная California А11
коннцерт май кисс группа

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
(25.03.2017)