химический каталог




Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем

Автор А.И.Курносов, В.В.Юдин

, AsCl3, SbCl3, SbCU, ВС13, ВВг3) и гидриды (РН3 —фосфин, AsH3—арсин, В2Н6 —ди-боран, SbH3 —стибин). Реакции легирования с участием галогени-дов и гидридов можно записать в общем виде:

ХС13+(3/2) Н2 5t X (г)+ЗНС1 XH35tX(r)+(3/2)H2 X(r)^tX(TB)

При легировании кремния донорными примесями равновесие этих реакций сильно сдвинуто вправо — происходит практически полное превращение примесного соединения,

4* 99

Различают следующие основные методы легирования эпитаксиальных слоев: газовых смесей, жидких лигатур и газового разряда. В методе газовых смесей источником примеси является разбавленная смесь инертного газа с летучим гидридом легирующего элемента при содержании гидрида 10~2—10~4% по объему. Метод позволяет осуществлять слабое легирование растущих слоев. Газовые смеси из 0,01% AsH3 с аргоном или 0,01% В2Н6 с аргоном впускают в поток водорода, идущего в камеру, что обеспечивает дополнительное разбавление концентрации смеси и хорошую управляемость уровнем концентрации в слое.

В методе жидких лигатур в качестве источника легирующей примеси используют разбавленный раствор жидкого соединения этой примеси в жидком соединении — источнике осаждаемого полупроводникового материала, чаще всего SiCl4 или GeCl4. Основной объем выпуска эпитаксиальных структур составляют слои кремния с удельным сопротивлением 0,1—10 Ом-см, что соответствует атомной доле фосфора в кремнии 10~6—Ю-8, которая легко обеспечивается жидкостным легированием. Этот метод удобен тем, что фиксирует заданное соотношение концентраций примеси и основного вещества как в жидкой, так и в газовой фазах независимо от расхода газа-носителя через испаритель. Обычно требуемая концентрация примеси невелика, поэтому в методе жидких лигатур используют многократное разбавление, в результате которого получают растворы с относительным содержанием примеси 10~9—Ю-2, что обеспечивает уровень легирования 1014—1019 см-3.

На рис. 6.4 приведены зависимости удельного сопротивления монокристаллов кремния, германия и арсенида галлия с электропроводностью п- и р-типа от концентрации легирующей примеси. Эти кривые справедливы также для эпитаксиальных слоев. Точный расчет концентрации примеси в жидкой фазе, необходимой для получения слоя с заданным удельным сопротивлением, затруднен, поэтому на практике используют эмпирические соотношения. Например, при легировании из раствора РС13 в тетрахлориде кремния

Сд = 2,6-1020/7рс13/Р51си см-3,

где ppci3/psici4—отношение парциальных давлений паров хлоридов фосфора и кремния. Следует учитывать, однако, изменение концентрации примеси в тетрахлориде по мере его расходования вследствие различия в парциальных давлениях паров.

Перспективным методом управления концентрацией примеси в эпитаксиальном слое при выращивании является электроискровое легирование, или метод газового разряда. В этом случае из твердых веществ приготавливают электроды, которые помещают в реактор. Между электродами создают искровой разряд, в процессе которого происходит распыление электродов. Образовавшиеся частицы легирующего вещества переносятся потоком газовой смеси или водорода к подложке. В качестве материала электродов для получения слоев кремния с электропроводностью ?-типа используют сурьму,

100

сплав Sb+0,1%P или Sb+1%As, а также GaP, GaAs или InSb. При распылении в газовом искровом разряде эти вещества разлагаются, причем Р, As и Sb образуют гидриды, соединяясь с водоро-

Рис. 6.4. Зависимость удельного сопротивления Si, Ge и GaAs от концентра, ции примесн

дом, протекающим между электродами. В зоне подложек гидриды распадаются и примеси входят в растущий слой кремния. Галлий не образует гидридов и уносится с потоком водорода из камеры. Для получения эпитаксиальных слоев с электропроводностью р-типа используют электроды из борида лантана LaB6, борида алюминия A!Bi2, карбида бора В4С. При этом бор образует с водородом диборан. Концентрацию вводимых в газовую фазу примесей изменяют, регулируя частоту искрового разряда.

§ 6.3. Технологические особенности эпитаксии полупроводниковых соединений типа ?????

Области применения химических соединений типа AmBv непрерывно расширяются. В настоящее время их используют в оптоэлектро-нике для создания систем отображения информации, источников и приемников излучения, полупроводниковых лазеров и др. Во всех

101

типах перечисленных изделии активная полупроводниковая структура содержит, как правило, минимум два авто- или гетероэпитак-сиальных слоя.

Синтез полупроводниковых соединений типа ????? и их твердых растворов непосредственно из элементов осложняется сочета-

PH3+AsH3+H2+Zn(H2S)

Н2+НС1

Ga

Рис. 6.5. Схема вертикального реактора для получения твердых растворов GaAsi-xPx:

1 — зона источника паров; паров; 3 — зона осаждения

2 — зона смешивания

нием высоких температур их плавления и давлений паров. При нагреве на воздухе свыше 300°С арсенид галлия окисляется, а начиная с 600°С — разлагается с выделением мышьяка, давление паров которого при температуре плавления составляет 105 Па.

Давление паров фосфора в точке плавления GaP составляет 3,5-106 Па. Расплавленные GaAs и GaP очень активны и взаимодействуют со всеми известными контейнерными материалами. Синтетический кварц, используемый в технологии получения монокристаллов ?????, загрязняет расплав GaAs кремнием.

Многие отмеченные трудности устраняются при выращивании соединений типа ????? в виде эпитаксиальных слоев из паровой фазы при температурах ниже температуры плавления соединения. Среди вариантов осаждения соединений типа ????? из газовой фазы или парогазовых смесей наиболее широкое применение нашел метод химических транспортных реакций в проточной системе. Он обладает большой гибкостью и управляемостью, пригоден для синтеза слоев из материалов со значительно отличающимися свойствами компонентов. Использование газообразных исходных реагентов позволяет уменьшить флуктуации состава соединений, получать кристаллы с высокой гомогенностью. Отличительной чертой метода является возможность постепенного изменения состава растущего слоя по мере удаления от подложки. Это уменьшает напряжения, возникающие из-за различия параметров решеток подложки и растущего слоя. Имеется также возможность создания многослойных структур.

Для соединений типа ?????, как и при эпитаксии кремния и германия, используют гидридные и хлоридные методы. В гидридных методах элементы полупроводникового соединения транспортируются к подложке в виде газообразных соединений водорода: арси-на AsH3, фосфина РН3 и др. На рис. 6.5 показан вертикальный реактор, используемый для получения твердых растворов арсенида-фосфида галлия различных составов от х=0 до х=1.

102

Вертикальный реактор обеспечивает высокую однородность газо-и термодинамических условий при росте эпитаксиальных слоев. Для получения твердых растворов арсенида-фосфида галлия с составами O^Jt^l используют фосфин и арсин, которые поступают в реактор сверху в потоке водорода. В эти же смеси добавляют пар или газ, включающий легирующие вещества, например цинк для выращивания слоев с электропроводностью р-типа или сернистый водород для получения слоев ?-типа. Также сверху через отдельный ввод пропускают смесь хлористого водорода с водородом, который, проходя через резервуар с расплавленным галлием, образует хлорид галлия:

Ga+HCl -> GaCl +(1/2) Н2

Для получения воспроизводимых результатов необходимо, чтобы ' объем и протяженность каждой зоны, а также температурные условия и скорости газовых потоков в них обеспечивали образование смесей необходимого состава и постоянной концентрации. Хлорид галлия, арсин и фосфин взаимодействуют в реакторе, в результате чего на подложках осаждается эпитаксиальный слой твердого раствора. Реакция осаждения имеет вид

GaCl (г) + (1/3)МН3 (г) + (1/6) М2 (г) f (1/12) М4 (г) - GaM (г) + НС1 (г),

где ?—атом As или Р, так как при наличии смеси гидридов AsH3-f-PH3 оба соединения вступают в реакцию с хлористым галлием. Состав твердого раствора GaAsKPi_K изменяется в зависимости от температуры осаждения. Эпитаксиальные слои, осажденные при более низкой температуре, содержат фосфор в меньшем количестве, чем слои, осажденные при температуре 700—800° С. Заметим, что в данном методе вследствие отсутствия гидридов галлия используют хлорид галлия и более точно этот метод называют гидридно-хлоридным.

Скорость роста твердых растворов GaAsP изменяется с температурой немонотонно. С уменьшением температуры возрастает пересыщение паровой фазы и скорость роста стремится возрасти. Однако протекание конкурирующих процессов поглощения GaCl и ? на поверхностях реактора ведет к снижению скорости роста. Слои, полученные при температурах ниже 700°С, имеют несовершенную структуру. Скорость роста твердых растворов GaAsP может меняться в пределах 0,1 —10 мкм/мин, толщина достигает 500 мкм в случае осаждения на подложках из GaAs.

Перспективным методом получения соединений и твердых растворов типа ????? является пиролиз с использованием металло-органических соединений:

Ga (СНз)8+(1 - х) AsH3+хРН3= GaAs,_^P^+ЗСН4

Соотношение между мольными долями арсина и фосфина в газовой фазе и составом твердой фазы близко к единице во всем

103

диапазоне составов. Температурный диапазон осаждения 600— 900° С, оптимальной является температура 750° С. Скорость роста при изменении состава от х=0 до х=0,2 резко падает, а при дальнейшем возрастании ? меняется медленно. Соотношение между скоростями роста чистых GaAs и GaP равно 3.

Рассмотрим гидридно-хлоридный метод эпитаксии в горизонтальном реакторе для получения твердых растворов GajcAli_KAs,

Zn+H,

НС1+ Н„

GaAs

Ga-

-AsH3 -NH,

??-

-H2S

-H2+HCl

Рис. 6.6. Схема горизонтального реактора для получения твердых растворов Ga*Ali_*As, Gailrii-iP и др.

GajJni_xP и др. (рис. 6.6). Сосуд с расплавленным галлием помещают в зону источника 1, где поддерживают температуру от 700 до 1000° С. В другую температурную зону помещают сосуд с расплавленным алюминием. Через жидкие металлы пропускают смесь из водорода с 0,1 —10% хлористого водорода. Хлористый водород

страница 25
< 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
гибкая черепица стоимость
большие дверные ручки для входных дверей в американском стиле
банкетка усиленная 2000 мм краснодар
txi1.open, siemens

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
(23.07.2017)