После открытия заслонок (2) соответствующих эффузион­ных ячеек происходит рост эпитаксиального слоя. Кинетика процесса включает в себя следующие стадии:

• адсорбция соответствующих атомов и молекул;

• миграция по поверхности и диссоциация адсорбированных молекул;

• присоединение атомов к подложке, приводящее к зародыше-образованию и эпитаксиальному росту.

Выращенный тонкий слой имеет кристаллографическую структуру, определяемую структурой подложки. Для получения совершенных эпитаксиальных слоев важно точно контролиро­вать температуру подложки и скорость поступления веществ из эффузионных ячеек на подложку.

Информация о чистоте подложки условиях роста регистри­руется методом дифракции быстрых электронов (ДБЭ), реализо­ванным с помощью электронной пушки (5) и флуоресцентного экрана (1). Кроме того, в современных установках МЛЭ состав и степень легирования растущего слоя контролируют встроенным электронным Оже-спектрометром, а также вторичным ионным масс-спектрометром.

Таким образом, МЛЭ является мощным и гибким методом выращивания кристаллических пленок. В отличие от методов ГФЭ и ЖФЭ, МЛЭ может обеспечивать исключительно точное управление профилями химического состава и легирования. Поскольку процесс МЛЭ реализуется в сверхвысоком вакууме, то данная технология легко совместима с другими методами полупроводниковой технологии, такими как ионно-лучевое трав­ление, ионная имплантация, распыление и травление в газовом разряде, электронная литография и т.д. Однако для реализации метода МЛЭ требуется достаточно сложное оборудование, что несколько сдерживает его массовое применение.

5.6. Дефекты эпитаксиальных слоев

Плотность кристаллических дефектов в эпитаксиальных сло­ях, как правило, выше, чем в подложке. Структурное совершен­ство эпитаксиальных слоев определяется степенью очистки га­зов (реагентов и носителей), состоянием поверхности подложек,

кристаллографическими соотношениями и химическими особен­ностями границ раздела. Наиболее часто встречающиеся дефек­ты эпитаксиальных слов представлены на рис. 5.18. Основны­ми дефектами эпитаксиальных слоев являются дислокации и дефекты упаковки.

Дислокациями называют дефекты кристаллической струк­туры, возникающими под воздействием механических напряже­ний. Различают линейные (краевые) и винтовые дислокации.

Причиной возникновения линейных дислокаций в эпитак­сиальных слоях являются термомеханические напряжения, обус­ловленные градиентами температур, качеством механической обработки подложек, а также совершенством их структуры.

Дислокации несоответствия возникают в гетероэпитакси-альных структурах, а также в гомоэпитаксиальных структурах со скрытыми сильнолегированными областями, где источниками напряжений служат несоответствие постоянных кристалличес­кой решетки подложки и формируемого слоя (см. рис. 5.13, а).

Для устранения температурных градиентов применяют «мяг­кие режимы» термообработки, используют специальные конст­рукции печей, а также нагрев пластин ИК-излучением. Одним из способов уменьшения концентрации дислокаций несоответ­ствия является одновременное введение электрически нейтраль­ной или электрически активной примеси, атомы которой име­ют соответствующий радиус для компенсации напряжений.

Дефектами упаковки называют планарные кристаллогра­фические дефекты, образующиеся при искажении в упаковке атом­ных слоев. Большая часть эпитаксиальных дефектов упаковки (ЭДУ) возникает на месте границы разделе подложки с эпитак-сиальным слоем. Если на поверхности подложки существует нарушение регулярности, то оно может служить и центром кри­сталлизации, и причиной нарушения укладки атомов в долж­ном порядке упаковки; Когда сходятся границы правильно и неправильно упакованных участков, образуется разрыв кристал­лической структуры. Даже если последующие слои будут идти с правильной упаковкой, то слои атомов над плоскостями, кото­рые начали расти неправильно, будут не согласованы со слоями, образовавшимися над правильными центрами кристаллизации.

Источником зарождения ЭДУ могут быть: микродефекты; механические примеси металлов; органические загрязнения; ос­татки оксидной пленки; наличие загрязнений в атмосфере ре­актора.

Таким образом, причиной появления ЭДУ является неудов­летворительная очистка поверхности подложек и отклонения от оптимальных условий процесса эпитаксиального роста.

Глава 6

Диэлектрические слои и методы их нанесения

6.1. Стабилизация и защита поверхности имс и полупроводниковых приборов

В технологии изделий микроэлектроники диэлектрические слои используют для планаризации топологического рельефа поверхности перед нанесением металлических слоев, для изоля­ции между проводящими слоями, в качестве материалов подзат-ворных и конденсаторных диэлектриков, в качестве масок при диффузии и ионной имплантации, в качестве источников при­меси при диффузии из легированных пленок, для генерирова­ния примесей, а также для пассивации активной структуры ИМС от примесей, влаги и механических повреждений;

Наряду с прогрессом в литографии и технологии формирова­ния микрорисунка качественное улучшение ИМС невозможно без совершенствования технологии тонких пленок.

Преимущества технологии химического осаждения из газо­вой фазы (ХОГФ): качественное воспроизведение рельефа, вы­сокая адгезия пленок к нижележащим слоям, селективность процесса осаждения, высокая чистота пленок.

ХОГФ - очень гибкий процесс, позволяющий проводить осаж­дение элементарных и сложных полупроводников, диэлектри­ческих и проводящих пленок. В основе ХОГФ лежат химичес­кие реакции различных типов: окисление, восстановление, ре­акции пиролиза (термического разложения), аммонолиз и др. Химические и физические условия процесса осаждения могут оказывать влияние на состав и структуру образующейся плен­ки. Возможности осаждения конкретных материалов зависят от процессов термодинамики, кинетики, наличия газообразных ис­точников для реакции.

Типичные диэлектрические и проводящие пленки и области их применения представлены в табл. 6.1.

Диэлектрические пленки, применяемые для изоляции СБИС, должны иметь высокие напряжения пробоя, необходимые зна­чения диэлектрической проницаемости для снижения паразит­ных емкостей, а также высокое сопротивление, низкие диэлект­рические потери, низкие удельные механические напряжения и хорошую адгезию при отсутствии пор и микротрещин.

Пленки должны осаждаться при температурах, совместимых с технологическими процессами формирования структурных эле­ментов прибора и с требованиями к характеристикам прибора, с воспроизводимым составом пленок и высокой степенью запол­нения вертикальных ступенек. Ряд пленок должен хорошо оп­лавляться при нагревании для планаризации топологического рельефа.

Роль тонких пленок постоянно возрастает благодаря расши­рению сферы применения традиционных материалов, использо­ванию новых тонкопленочных покрытий и выполнению ими новых функций (см. табл. 6.2).