Здавалка
Главная | Обратная связь

Эпитаксиальные слои в изготовлении ИМС

Л.Д. Юрков

Научный руководитель – И.Ф. Мучак к.т.н., доцент

Эпитаксия — это ориентированный рост одного кристалла на поверхности другого (подложки). Строго говоря, рост всех кристаллов можно назвать эпитаксиальным: каждый последующий слой имеет ту же ориентировку, что и предыдущий. Различают гетероэпитаксию, когда вещества подложки и нарастающего кристалла различны (процесс возможен только для химически не взаимодействующих веществ, например так изготавливают интегральные преобразователи со структурой кремний на сапфире), и гомоэпитаксию, когда они одинаковы.

Различают два метода наращивания кремния: хлоридный и силановый – которые называют в соответствии с исходными продуктами.

Процесс наращивания выполняют способом проточной трубы при атмосферном давлении. То есть через камеру непрерывно протекает реагент.

Рисунок 1 - Установка эпитаксиального наращивания

 

1 – реакционная камера;

2 – подложкодержатель;

3 – подложки;

4 – запорный вентиль;

5 – ротаметр;

6 – игольчатый вентиль;

 

В схеме камера-реактор вертикального типа. Подложкодержатель одновременно выполняет функцию нагревателя. Нагрев осуществляется резистивным, индукционным или ИК-способом.

Подкложкодержатель выполняют из высококачественного стеклографита или графита, и покрывают слоем карбида кремния или кремния. Что бы кремний осаждался только на пластинах и загрязнения не осаждались на них, внутренние стенки камеры охлаждают.

Легирование эпитаксиальных слоев осуществляется одновременно с их ростом путем введения в парогазовую смесь соединений содержащих легирующие элементы, источники легирующей примеси.

Такими источниками являются: газообразные, жидкие и твердые.

Так же выделяют молекулярно-лучевую эпитаксию (МЛЭ).

Проводится в сверхвысоком вакууме порядка 1,33*10-6…1,33*10-8Па. Массоперенос частиц пара осуществляется главным образом их термической энергией, а не диффузией. Поэтому управлять процессом эпитаксии можно, изменяя параметры источника. Температура плавления кремния равна 1414°С, а температура испарения 1342°С, т.е. кремний можно переводить в парообразное состояние посредством испарения или сублимации.

Для высокой скорости роста пленки, порядка 4мкм/мин, источник нагревают на несколько сотен больше температуры плавления. При испарении кремния из тиглей полученная пленка сильно загрязняется материалами тигля, из-за высокой химической активности расплавленного кремния. По этому для более чистых пленок применяется безтигельный метод, при котором кремний испаряется с помощью локального нагрева массивного образца кремния электронным лучем. Сам образец располагается на охлаждаемой подставке.

Пластины нагревают до температуры 400…800°C, так как при более низкой температуре растет поликремний. При больших увеличивается диффузия из подложки.

Легирование эпитаксиальных слоев в МЛЭ осуществляется двумя спосабами:

Легирование из молекулярного потока и Легирование путем внедрения ускоренных ионов.

При втором изменяя параметры ионного пучка можно получать профили легирования невозможные для процессов осаждения из ПГФ.

 

 

Контроль эпитаксиальных слоев заключается в контроле толщины, удельного сопротивления и плотности дефектов упаковки.

Толщина слоев определяется методами косого или шарового окрашенного шлифа.

Бесконтактный неразрушающий метод ИК-интерферометрии, применяется для слоев, оптические константы которых значительно отличаются от оптических констант подложек, обеспечивают точность измерений ±5%.

Применим только для слоев толщиной от двух до нескольких десятков микрометров, выращенных на высоколегированных подложках.

Удельное сопротивление измеряется зондовым и вольт-фарадным методами. Для эпитаксиальных слоев нарощенных на высокоомных подложках противоположного типа проводимости применяется обычный четырехзондовый метод. Удельное споротивление расчитывают формуле

t wx:val="Cambria Math"/><w:i/></w:rPr><m:t>I</m:t></m:r><m:r><w:rPr><w:rFonts w:ascii="Times New Roman" w:fareast="Times New Roman" w:h-ansi="Cambria Math"/><wx:font wx:val="Cambria Math"/><w:i/></w:rPr><m:t>h</m:t></m:r></m:den></m:f></m:oMath></m:oMathPara></w:p><w:sectPr wsp:rsidR="00000000"><w:pgSz w:w="12240" w:h="15840"/><w:pgMar w:top="1134" w:right="850" w:bottom="1134" w:left="1701" w:header="720" w:footer="720" w:gutter="0"/><w:cols w:space="720"/></w:sectPr></w:body></w:wordDocument>">

где U – падение напряжения между соседними зондами; I – ток, протекающий через эпитаксиальный слой между крайними зондами; h – толщина слоя.

Уделное сопротивление на низкоомных подложках того же типа проводимости применяется трехзондовый метод. Удельное сопротивление в таком случае определяется из уравнения

Где - пробивное напряжение между зондами 2, 3. Пробивное напряжениеизмеряется при помощи осциллографа, имеющее большое входное сопротивление.

 

 

Рисунок 2 - схема трехзондового метода контроля удельного сопротивления

 

 

Вольт-фарадный метод измерения удельного сопротивления основан на использовании соотношения, связывающего емкость перехода с напряжением на переходе и с концентрацией примеси.

Структурные дефекты исследуются с помощью просвечивающей рентгеновской топографии, электронной микроскопии и при визуальном наблюдении под микроскопом поверхности после выявления дефектов селективным травлением. Наиболее прост и быстр последний способ. После селективного травления на местах дисклокаций выявляются дислокационные ямки травления. Плотность дефектов определяется числом дефектов на единице площади слоя и сопоставляют с техническими требованиями.

Пример полученной структуры

 

Кремниевая эпитаксиальная структура диметром 100 мм, с толщиной эпитаксиального слоя 3 мкм, материал эпитаксиального слоя - кремний марки КЭФ с удельным сопротивлением 1110 Ом-см, толщина скрытого слоя 1,0 мкм, скрытый слой представляет собой кремний марки КЭС (легированный сурьмой) с поверхностным сопротивлением 50 Ом/кв., толщина эпитаксиальной структуры 300 мкм, подложка из кремния марки ТС ДБ с удельным сопротивлением 390 Ом*см и с кристаллической ориентацией в плоскости (111) с отклонением 8°, ориентация базового среза (112).

 





©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.