химический каталог




Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем

Автор А.И.Курносов, В.В.Юдин

пространение получили гетеро-эпитаксиальные слои кремния на сапфире Si — А1203 и на шпинели Si—Mg0-Al203. В табл. 6.1 дано сопоставление основных свойств кремния, сапфира и шпинели.

95

Таблица 6.1

Свойство Кремний Сапфир Шпинель

Кристаллическая Гранецентриро- Ромбоэдрическая Гранецентриро-

структура ванная кубическая ванная кубическая

Постоянная решет- 0,54301 Я = 0,4758 0,8083

ки, нм с= 1,2991

Плотность, г/см3 2,33 3,98 3,58

Твердость по Моо'су 7 Э 8

Модуль упругости, 106 (1,525—2,0)10« 1,32- 10е »

Н/см2

' Тцл, °С 1412 2030 2105

Теплопроводность, 1,25 (253С) 0,253(603 С), ось с 0,146

Щж/(см-с-К)

ТКЛ 1/К 3,59-??"6 8,4· Ю-6, ось с 7,45-Ю-6

? 11,7 9,4, ось с 8 4

tg6 — ю-4—ю-3 ю-4—ю-3

Успешное выращивание эпитаксиальных слоев кремния на сап-<фире и шпинели в значительной степени зависит от кристаллографических соотношений на границе раздела слой — подложка и от состояния поверхности подложки. Кремний обладает кубической решеткой типа алмаза с постоянной 0,543 нм. Структура сапфира -более сложная, он принадлежит к ромбоэдрическому классу, но ему можно приписать гексагональные символы. Параметры решетки сапфира: а = 0,476 нм, с= 1,299 нм. Гетероэпитаксиальное срастание в системе полупроводник—изолятор (оксид) осуществляется по направлениям катионных или анионных связей, и ретикулярные плотности (т. е. плотности атомов решетки) в плоскости срастания должны быть высокими. При этом степень соизмеримости параметров решеток не является основной причиной, регламентирующей эпитаксию. Эпитаксиальное соответствие в случае кремний— сапфир объясняют тем, что атомы кремния в плоскости ера-летания занимают места, которые соответствовали бы атомам алюминия при продолжении решетки А1203. Аналогично, при эпитаксии кремния на шпинели считают, что атомы кремния продолжают под-решетку магния. Ретикулярная плотность нарастающего кристалла должна быть высокой, но не должна превышать плотность атомов А1 или Mg в сапфире или шпинели в плоскостях срастания.

При гетероэпитаксиальном наращивании кремния на сапфире наиболее часто используют следующие ориентационные соотношения^ Si (100)//АЬОз (1012), Si (111)//А1203 (0001) или Si (111)//А1203 .(1010).

Выращивание эпитаксиальных слоев производят хлоридным или тидридным методом. При восстановлении тетрахлорида кремния температура подложек составляет 1100—1200° С. Реакционные газы -могут химически взаимодействовать с материалом подложки, вызывая значительное ухудшение структуры и электрических свойств слоев. Менее реакционноспособные смеси моносилана с водородом <96

или гелием имеют преимущество перед смесью SiCU+Нг, поэтому гегерозпигаксию часто осуществляют гидридным методом.

Поверхность сапфировых подложек подвергают шлифовке, полировке и УЗ-очистке. В реакторе сапфировую пластину помещают на алундовый держатель, расположенный на кремниевом держателе, нагреваемом высокочастотным индуктором. При 7=1200-т--М500°С производят газовое травление и полировку сапфировых подложек хлористым водородом, в процессе которых удаляют поверхностные загрязнения и дефекты. Затем подложки очищают, прогревая их в потоке водорода при 1200—1300° С в течение 10— 20 мин. В последнее время в связи с возросшим качеством механической обработки и химической отмывки используют только отжиг в водороде при 1100—1200° С или в сильно разбавленной смеси моносилана с водородом в течение 10—20 мин. Газовое травление сапфира в этих случаях описывается реакциями

2Н2 + А1203-А120|+2Н20

2Si + А1203 — Al2Of +2SiO

Скорость травления сапфира в водороде составляет около 0,003 мкм/мин при 1200° С и 0,3 мкм/мин при 1650° С. Для удаления нарушенного слоя стравливают около 3 мкм. Режимы гегероэпи-таксиального осаждения обычно отличаются от режимов автоэпи-таксии кремния. Для снижения уровня автолегирозания слоев атомами подложки применяют более низкие температуры осаждения и более высокие скорости роста. Оптимальные температуры гетеро-эпитаксиального наращивания гидридным методом составляют 1000—1100° С. Скорости роста колеблются в пределах 0,3— 10 мкм/мин, толщины эпитаксиальных слоев составляют обычно · 0,5—2 мкм.

Применение твердого раствора MgO—А1203 в качестве материала подложек для наращивания гетероэпитаксиальных слоев кремния имеет некоторые преимущества перед применением сапфира. Кристаллические решетки и коэффициенты термического расширения у шпинели и кремния согласуются лучше, чем у сапфира и кремния. Используют шпинели с соотношением компонентов MgO : А1203 от 1 : 1 до 1 :3,5. При кристаллизации кремния на плоскостях шпинели (100), (ПО), (111) слои кремния имеют параллельную ориентацию (100), (ПО), (111) соответственно. Перед наращиванием подложки отжигают в водороде при 1200° С. Осаждение кремния производят из смеси моносилана с водородом при 1100° С. Уровень автолегирования кремния при использовании подложек из шпинели на порядок ниже, чем в случае сапфировых подложек. Основными структурными несовершенствами в слоях являются дефекты, обусловленные смещением атома из узла при росте.

Монокристаллические оксидные подложки обладают более низкой симметрией, чем кремний. На таких подложках могут возникать несколько эквивалентных эпитаксиальных ориентации и различные типы структурных дефектов. Ухудшение структуры гетеро-

4—210

97

эпитаксиальных слоев по сравнению с автоэпитаксиальными происходит под действием следующих факторов: несоответствие типов кристаллических решеток слоя и подложки, взаимодействие между подложкой и газовыми смесями, автолегирование слоя атомами подложки, различие в ТКР подложки и слоя. Гетероэпитаксиаль-ные слои кремния на сапфире содержат дислокации, плотность которых доходит до 2-Ю8 см-2. В результате попадания атомов А1 из; подложки в эпитаксиальный слой образуется область с электропроводностью р-типа. Уровень легирования растущего слоя атомами А1 зависит от температуры наращивания слоя (табл. 6.2).

Таблица 6.2

Тнп подложки Концентрация акцепторов, см—з, при температуре, °С 1050 1100 1150 1200

А1203 MgO-3,5Al203 3-Ю14 10.13 7-ГО15 to16 9- 101? 7-1015 5 ¦ ??17 10.16

Концентрация акцепторов в слое минимальна при 1050° С. В слаболегированных слоях концентрация примесей и подвижность носителей заряда зависят от толщины слоя: для концентрации акцепторов 1016 см-3 подвижность дырок возрастает от 70 до 120 см2/(В-с) с ростом толщины слоя от 0,2 до 2 мкм, а при толщине 6 мкм она достигает 330 см2/(В-с), как и в слитках. Подвижность носителей заряда в слоях на шпинели выше, чем в КНС-структурах, вследствие более совершенной структуры. Значительное снижение подвижности носителей заряда в тонких слоях по сравнению с подвижностью в слитках связано с рассеянием не только на структурных дефектах, но и на комплексах А1—О—Si и Si04. Плотность этих дефектов в гетероэпитаксиальных слоях значительно возрастает вблизи границы раздела. Несмотря на наличие данных несовершенств, в ряде случаев удается получить в тонких слоях подвижность дырок 225 см2/(В-с), что указывает на высокое кристаллическое совершенство слоя. В структурах КНС получают слои с электропроводностью п- и р-типа и с удельным сопротивлением 0,1—20 Ом-см. Для изготовления МОП КНС ИМС используют гетероэпитаксиальные слои кремния с ориентацией (100) и толщиной 0,5—1 мкм.

Эпитаксия германия. Интерес к эпитаксии германия вызван возможностью создания германиевых малошумящих СВЧ-транзисто-ров и ИМС, работающих эффективнее кремниевых микросхем при низких температурах. Наиболее освоен и изучен хлоридный метод наращивания эпитаксиальных слоев германия. Осаждение производят при Г=800° С и концентрации тетрахлорида германия около 0,2%. Оптимальное значение скорости потока смеси зависит от способа ее подачи, конструкции реактора и составляет обычно не более 20 см/с. При температурах менее 600° С и высоких концентрациях тетрахлорида эпитаксиальные слои приобретают шероховатую 98

поверхность с характерными фигурами роста. Скорость роста при 800° С составляет 0,5 мкм/мин.

При наращивании германиевых эпитаксиальных слоев гидрид-ным методом с помощью пиролиза моногермана GeH4 в атмосфере водорода оптимальная температура близка к 700° С, концентрация моногермана 0,1—0,2%. Скорость роста увеличивается с ростом температуры вплоть до 800° С, а затем немного уменьшается вследствие разложения моногермана в газовой фазе. Для предотвращения газофазного разложения GeH4 применяют высокие скорости потока газа. Хлоридный метод наращивания эпитаксиальных слоев используется чаще, чем гидридный. Наилучшие по качеству слои получены хлоридным методом. Промышленностью выпускается достаточно чистый тетрахлорид германия, позволяющий получать эпитаксиальные слои с удельным сопротивлением свыше 15 Ом-см^.

Рассмотрим также менее употребительный метод, основанный на реакции диспропорционирования в ампуле или закрытой трубе. В трубе находится тетраиодид германия Gel4. В зоне источника температура составляет 550—700° С. Здесь тетраиодид реагирует с пластиной германия —источником вещества —и превращается в дииодид: GeI4+Ge->2GeI2. Дииодид диффундирует во вторую зону, где помещены германиевые подложки. Температура здесь составляет 300—400° С. При таких температурах дииодид не может существовать и происходит реакция диспропорционирования (несоответствия):

2Qel2— Qel4-f Ge

Германий осаждается на подложках, а пары тетраиодида диффундируют в зону источника, и цикл повторяется вновь.

Легирование эпитаксиальных структур. Чтобы получить эпитаксиальные слои с заданным удельным сопротивлением, необходимо ввести в твердую фазу строго определенное количество примеси. Для введения примеси в процессе эпитаксии используют летучие соединения элементов III и V групп. Наиболее пригодными из них являются галогениды, чаще всего хлориды, и гидриды соответствующих элементов, в составе молекул которых помимо атомов основного легирующего элемента содержится только хлор или водород. Такими веществами являются галогениды (РС13

страница 24
< 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
купить немецкий термос
автопепельница с подсветкой
стол журнальный дуэт 5
кухонный стилаж

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
(22.01.2017)