Запорожец  Издания 

0 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 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193

наращивание, или осаждение эпитаксиальных слоев. Осажденный слой имеет при этом монокристаллическую структуру Эпитак-сиальное наращивание может происходить лишь при определенных сочетаниях материала подложки и осаждаемого материала, а также при определенных параметрах процесса.

Наиболее распространенный эпитаксиальный процесс - осаждение кремниевых эпитаксиальных слоев на подложку из мопо-кристаллического кремния. В этом случае осаждаемый слой состоит из того же материала, что и подложка. Такой процесс называется гомоэпитаксией. Эпитаксиальный слой оказывается продолжением кристаллической решетки подложки.

Уровень легирования и тип проводимости эпитаксиального слоя могут быть не таким, как у подложки, поэтому возможны следующие сочетания эпитаксиальный слой/подложка: п г+, nip, р/п и р/р*. С помощью эпитаксии на снльнолегированную подложку можно осаждать слаболегированный слой. Между тем при использовании диффузии, как правило, получаются слои с более высокой концентрацией примеси, чем в подложке. Толщина эпитаксиальных слоев мол<ет быть различной, но обычно она лежит в пределах от 3 до 30 мкм.

Существует целый ряд химических реакций, которые могут использоваться для осаждения эпитаксиальных слоев. Наиболее широкое применение находят следующие реакции:

реакция

температура,

скорость осаждения, мкм/мин

SiCl4 + 2Н2-> Si + 4НС1

(тетрахлорид кремния)

SiHClg-b Нз- Si -t- ЗНС1

(трихлорсилаи)

SiHaCla-* Si -f- 2HC1

(дихлорсилан)

SiH4 -> Si -f 2H2 (силан)

1150-1250 0,4-1,5

1100-1200 0,4-2,0

1050-1150 0,4-3,0

950-1050 0,2-0,3

Эпитаксиальиое наращивание производится в камере или установке, называющейся эпитаксиальньш реактором. Существуют три основных типа эпитаксиальных реакторов: горизонтальный, вертикальный и цилиндрический (рис. 1.34). Для разогрева кремниевых пластин до требуемой температуры в большинстве случаев используется высокочастотный (ВЧ) индукционный нагрев Возможно также использование радиационного нагрева (нагрев с помощью матрицы кварцевых ламп, испускающих сфокусированное высокоинтеисивное излучение) и резистивного нагрева. При индукционном нагреве пластины кре.мния помещаются



на графитовый держатель, покрытий слоем карбида кремния. Охлаждаемая водой медная индукционная катушка служит первичной обмоткой трансформатора, а графитовый держатель по существу представляет собой одновнтковую вторичную обмотку. Напряжение, индуцируемое в держателе, создает в нем вихревые

Иатушна инунциашргс; нагрева fl /? /? )? /?

Пшак газа.

Нремния

У У У У У У У У У У У


Вращенаа \ ) аержателя

Катшиа unffm-цирнлаго лагрера.

ВыхаВгаза Впусн газа


Пластины нремния

-Держателе

Пластинь! нремния

ffui/cH газа

Рнс. 1.34. Реакторы для эпнтаксиалыюго осаждения: а - горизонтальный реактор; б-вертикальный реактор, в - цилиндрический реактор.

токи В результате выделения электрической мощности IR держатель нагревается до требуемой температуры

Метод эпитаксиального наращивания позволяет получать слои р- и л-типа с заданным уровнем легирования. В трубчатый реактор вводятся различные газы, в том числе очень малые количества газов, содержащих легирующие примеси. Так, для легирования бором используется диборан (BHg), а для легирования фосфором - фосфин (РНд). В результате химических реакций, протекающих в процессе эпитаксиального наращивания, молекулы легирующего газа разлагаются и образующиеся при этом атомы примеси включаются в эпнтаксиальный слой



Глава 1

До начала эпитаксиального осаждения в реактор вводятся пары безводной кислоты НО. Они реагируют с кремнием, так что у поверхности пластин протекают реакции, обратные перечисленным выше (тем, которые используются для осаждения). Иначе гоЕоря, происход11т газовое травление поверхности крем-

/ -

Зпитансиальный слой п-типа

слей - ггсолажна-

Jnumq/fCUibHMU

Палажяа п-твпл

РиС. 1.35. Обратная ди4тфузия примеси из сильнолегированной подложки в сла-болегнрованпый эпитаксиальный слой в процессе эпи1аксиального осаждения и при всех послед; ющих высокотемпературных обработках.

ния. Газовое травление производится непосредственно перед осаждением, чтобы удалить тонкий слой кремния в.месте с возможными загрязнениями и, таким образом, гарантировать чистоту поверхности, на которой будет выращиваться эпитаксиальный слой.

Эпитакспальное осаждение ид1"т при температурах, лелсащих в пределах от 950 до 1250 °С, поэтому при осаждении, так же как и при всех последующих высокотемпературных обработках, происходит диффузия примесей через границу раздела эпитаксиальный слой - подложка Это приводит к «размыванию» профиля распределения концентрации прнмеси на границе раздела. Особую опасность представляет такой эффект, когда очень тонкий



0 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 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193