Основные технологические операции изготовления ис

Эпитаксия – это процесс, при котором выделяющиеся из окружающей среды атомы перемешиваются по поверхности подложки до тех пор, пока не займут упорядоченное положение и не станут частью растущей пленки.

При определенных условиях получаются монокристаллическая пленка, являющиеся продолжением монокристаллической подложки.

1. создание монокристаллической пленки полупространства с заданной кристаллографической ориентацией плоскости поверхности

2. осуществление равномерных распределений примесей в пленке что практически невозможно при диффузии

3. улучшение частотных характеристик транзисторов засчет уменьшения толщины высокоомной коллекторной области

4. получение транзисторной структуры с лучшими чем при тройной диффузии характеристиками засчет создания разных переходов между областями с различной концентрацией примесей и упрощение операции по изоляции элементов обратно смещению p-n переходов

Эпитаксия разделяется на 3 вида процесса:

1. авто-эпитаксия

2. гетеро-эпитаксия

3. хемо-эпитаксия

Ориентированное наращивание вещества незначительно отличается по составу от вещества подложки, происходит при физическо-химическом взаимодействии срастающихся веществ.

Процесс гетеро-эпитаксии возможен для элементов и сложных веществ, не образующих между собой химических соединений.

Хемо-эпитаксия – процесс, в результате которого образование новой фазы проходит при химическом взаимодействии вещества подложки с веществом, поступающим из внешней среды.

Образование соединений отличается по химическому составу, как от вещества подложки так и от вещества поступающего из внешней среды на ее поверхности.

Основными характеристиками эпитаксиальных пленок являются: толщина, тип проводимости, удельное сопротивление.

Методы получения эпитаксиальных слоев кремния

В зависимости от состояния вещества атомов полупроводника и примеси для получения пленки различают эпитаксию из газовой, жидкой, твердой фаз.

Эпитаксия из твердой фазы пока не получила широкого применения.

При эпитаксии из жидкой фазы можно проводить наращивание из расплавов элементов металлов, полупроводников их сплавов, а также из солевых расплавов и из жидких электролитов (арсенид и фосфит галлия).

Практический метод получения слоев – из газовой фазы.

1. конденсация из пара

2. при взаимодействии нагретой подложки с различными парогазовыми смесями (это основной метод) хлоридный метод

3. наращивание при химическом взаимодействии нагретой подложки с газовой фазой

Основной метод получения эпитаксиальных слоев кремния – хлоридный метод.

1 – кварцевая труба

2 – кремниевая пластина

3 – высокочастотный нагреватель

4 – графитовая подложка

5 – вентиль

6 – ротаметры

Монокристаллические пластины загружают в тигель и помещают в кварцевую трубу, процесс начинается с удаления тонких слоев окисла на поверхности монокристаллических пластин, которые образуются в период хранения и транспортировки пластин.

С этой целью поверхность обрабатывается водородом при высокой температуре, при этом происходит восстановление кремния из окисла.

Затем хлоридным водородом стравливают наружный слой.

Наращивание пленки начинается с момента подачи в реактор потока водорода, содержащего небольшую примесь SiCl₄ + H₂.

SiCl₄ + H₂ → Si ↓ + 4 HCl ↑

При высокой температуре, которая обеспечивается высоким нагревом, на поверхности происходит реакция. На подложке осаждается слой чистого кремния. А пары HCl уносятся потоком водорода. Скорость роста эпитаксиальной пленки чувствительна к температуре исходной концентрации.

Для получения легированных эпитаксиальных слоев кремния n- или p-типа, в паразитирующую смесь вводят легирующие добавки. Атомно-легирующие примеси образуются в результате реакции восстановления хлорида примеси водородом.

2 PCl₃ + 3 H₂ = 2 P + 6 HCl

2 BCl₃ + 3 H₂ = 2 B + 6 HCl

Степень легирования (концентрация) примеси в пленке зависит от соотношения PCl₃, BCl₃, SiCl₄.