2.11 Сурет. Ионды легірлеуге арналған қондырғының схемасы

Ионның көзі1, легірлеуші элементтердің жұптарын иондау және бұрғыдан (зонд) ионды жұлып алу үшін арналған, камерадан тұрады. Теріс зарядталған бұрғының көмегімен жұлынған оң иондар2және 3 жүйелерімен 100 А/м² дейінгі тығыздықпен түйінде шоғырланады және бір орынға жиналады. Магнитті масс – сепаратордың 4 көмегімен қажетті салмақта иондарды шығару жүзеге асады. Қабылдамайтын пластинаның көмегімен 5 және 6 және көшіріп алу жүйесі 7 пластинаның бетіндеі иондардың ағынымен басқару 9 қамтамасыз етіледі, көппозиционды ионды қабылдағыштарда орнатылған 10. Өлшеуішпен 8 ионды токты бақылайды.

Еліміздегі өндірісте 0,02 мкм тереңдік бойынша легірлеу дәлдігін қамтамасыз ететін «Везувий» кең-фокусты қондырғыны және 50 – 150 кэВ энергия кезіндегі фосфор мен бор үшін 50мкм диаметрлі жиынды (пучок) формалауды қамтамасыз ететін ИЛУ-2 ионды – сәулелік жылдамдатқышты қолданады. Иондардыңенгізілуі бөлме температурасы кезіндегі тәрізді ПОДЛОЖКАНЫ қыздыру шартында да жүзеге асады. Иондық легірлеуді қолдану эффективтілігі негізгісі енгізілген атомдардың жүгірісінің таралуы болып табылатын фактор қатарына, дәрежесіне және торлардың реттеудің сипатына, кристаллдық тордағы атомдардың локализациясына, сонымен қатар қабаттың электрлік құрамына байланысты болады.

Иондардың жүгірісіне тәуелді негізгі параметрлер – бұл олардың энергиясы және реттік нөмірі, пластина материалының реттік нөмірі, сонымен қатар пластина ориентациясы мен температура шартына шартталған олардың торларының атом жылу тербелісінің амплитудасы. Ионды – легірленген қабаттың құрамы енгізілген атомның талдауымен, процесстің негізгі параметріне, мөлшеріне және сәулелену энергиясына, пластина мен өңдеу температураларына тәуелді олардың тордағы күйі мен дефект санымен анықталады.

Енгізілген иондардың талдауы Гаусс заңымен анықталады:

мұндағы х – енгізілген иондардың тереңдігі; Q – сәулелену мөлшері; R_п және ∆R_п - иондардың орта қалыпты жүгірісі мен олардың бас тартуы.

Максимум таралу диффузиядағы сияқты пластинаның бетінде орналаспайды, ол орта қалыпты ион жүгірісіне тең беттен қашықтықта орналасады. Ионды – легірленген қабаттағы қоспа концентрациясының максималды мәні 2*10²⁰ см^-3 мәніне дейін (бор үшін) және 10²⁰ см^-3 (фосфор үшін) мәніне дейін жетеді.

Планарлы технологияда шалаөткізгіштердің ионды легірленуі не локальді облыста берілген қоспаның фиксацияланған санын кірістіру үшін, не берілген облыста қоспа концентрациясының бақыланған профилін құру үшін қолданылады. Мұндағы маңызды нәрсе SiO₂қойылған қабат арқылы пластинаға қоспаны енгізу болып табылады. Бұл жағдайда маска болып кремний нитридінен, алюминийден және молибденнен жасалған қабат қызмет ете алады.

Ионды – легірленудің негізгі ерекшеліктері келесілер болып табылады:

1. тереңдігі бойынша сияқты, сәулелену ауданы бойынша да қоспа концентрциясы-ның таралу конфингурациясының тапсырмасы нақты болу мүкіндігі. Мұнда р-п өткел облысында қоспа концентрациясының градиенті диффузионды профильге қарағада үлкен, ал локальді облыстың геометриялық өлшемі маска конфигурациясымен анықталады;

2. құрылымдағы қоспа концентрациясының таралу профилін және олардың электрофизикалық параметрлерін сақтауға мүмкіндік беретін төмен температурадағы процесстің өтуі;

3. кремнийді және басқа да әр түрлі мөлшерде шалаөткізгішті кез келген легірленуші қоспамен легірлеу мүмкіндігі;

4. магнит өрісінде сепарирленген легірленетін қоспа иондарының изотопты тазалығы;

5. процесс вакуумда жүзеге асатындықтан қоршаған орта әсерінің болмауы;

6. жиын интенсивтілігінің нақты бақылауы әсерінен нәтижелердің жоғары деңгейде іске қосылуы;

7. легірлеуді, метализацияны және беттік қорғанысты қосқанда бір қондырғыда бүтін операция комплексін жүзеге асыру мүмкіндігі.

Ионды легірлеудің негізгі кемшілігі технологиялық орнату қиындығы және пластина бетіне дефектті қабатты жинау мүмкіндігі болып табылады.

Қазіргі таңда ионды легірлеуді аса жоғары жиілік(АЖЖ) диапазонында биполяр транзисторды, МДШ-транзисторды, диодтарды, жоғарыомды резисторларды және басқа да шалаөткізгішті интегралдық микросхемадағы(ИМС) элементтерді құрау үшін қолданады.

Эпитаксия.Эпитаксия дегеніміз кристаллдық торы пластина құрылымын қайталайтын қабат өлшемін таңдау құбылысы.

Шалаөткізгішті қабаттарды эпитаксиалды өсіру ИМС шалаөткізгішті транзисторлы құрылымды алу үшін диффузияланған қоспаға кең қолданады. Шалаөткізгішті ИМС технологиясында қабаттарды эпитаксиалды өсіру әдісін қолдану мынадай мүмкіндіктерді береді:

• кристаллографикалық остердің берілген таңдауы бар шалаөткізгіштердің монокристаллды қабатын алу мүмкіндігі;

• қабаттағы қоспалардың біркелкі таралуын жүзеге асыру мүмкіндігі;

• ИМС-да төртқабатты транзисторлы құрылымды алу кезінде екіге дейін диффузия процесін қысқарту;

• Үштік диффузияға қарағанда транзисторлық құрылымды жақсырақ алу және элементтерді р-п – өткелмен изоляция бойынша операцияларды қарапайымдау;

• Транзисторлы құрылымды алу операциясының ұзақтығын қысқарту.

Қазіргі кезде шалаөткізгіштердің эпитаксиалды қабаттарын алу әдістері шығарылды. Барлық әдістер екі топқа бөліп қарастырылған:тура және жанама. Тура әдістерде шалаөткізгіштердің бір бөлігі химиялық реакция әсерінсіз сұйық фазадан, сублимациядан, реактивті тозаңдатудан булау жолымен көзден(от источника) пластинаға ауыстырылады. Жанама әдістерде шалаөткізгіштер атомы шалаөткізгішті біріккен жұптардың ажырату жолымен пластина бетінен алынады. Оларға кремний мен германий иодидінің, бромидтің, хлоридтің қайта қалпына келтіруіне негізделген әдістер жатады.

Хлорид әдісі. Эпитаксиалды қабаттарды алудың хлоридный әдісі кеңінен таралған. Осы әдіспен қабаттарды алу үшін қондыру схемасы 2.12 – суретте көрсетілген.

Қондырғы жоғары жиілікті қыздыруда 2 инкционды катушка өрісінде орналасқан реакционды камерадан 1(цилиндрлі кварцтық труба) тұрады. Труба ішіндегі шалаөткізгішті пластиналар 4 графиттен жасалған жылуқабылдағыш элементте 3 орналасады. Реакционды камераға газды беру үшін вентильмен 5 және ротаметрмен 6 жабдықталған арнайы газ жүйесі қызмет етеді.

Эпитаксиалды процесс графитті тіреуіште орналасқан кремний пластинасының жүктемесінен басталады.бұған тегістеу мен пластина бетінің мұқият тазалануы алдында болады. Содан кейін реакционды камераны сутекпен тазартады және шалаөткізгіш пластина бетін газдық өңдеу үшін НСІ мен Н₂ қоспаларымен толтырады. Осылайша бұзылған кремний қабаты мен беттің тазалануын алуға жетеді. Тазаланудан кейін НСІ-ға жіберуді 1150 – 1300⁰С температура кезінде де тұратын реакционды камера қондырғысында да тоқтатылады.

2.12 –сурет.

Кремнийді эпитаксиалды өсіру үшін арналған қондырғының схемсы

Эпитаксиалды қабаттардың өсу процесінде олардың қоспаларымен легірлеу оңай. Қоспалар шалаөткізгішті бірігуді таситын газбен бірге реакционды камераға жіберіледі. Диффузант жіберілуін реттей отырып, шалаөткізгішті эпитаксиалды қабатта қажет қоспа концентрациясын алуға болады. Легірлеуді екі әдіспен жүзеге асыруға болады:

1. ерітіндіден SiCl₄сұйығына олармен бірге буланатын және реакционды камераға түсетін ұшпалы қоспаларды (PCl₅не SbCl₅) қосу арқылы;

2. қоспаларды реакционды камераға бөлек газ ағынына кірістіру арқылы. Мысалы, донорлы қоспа ретінде фосфинді РН₃, арсинді АsН₃, ал акцепторлы қоспа ретінде диборан В₂Н₆ енгізеді. Бұл газдар сутекпен толтырылады және реакционды камераға енгізіледі.

Шалаөткізгішті қабаттардың эпитаксиалды өсуі және олардың сапасы фактор қатарына байланысты. Хлоридті әдісі кезінде температураны өсіргеннен эпитаксиалды қабатты үлкейту жылдамдығы да артады. Мұндайда пластина бойынша шалаөткізгіштің атом миграциясының жылдамдығы да артады және олар кристаллдық торда сай келетін орынды тезірек табады.

Қабаттардың өсу жылдамдығы кристалл –графикалық ось бойынша және сутектің газ-тасушылар ағынының жылдамдығы бойынша, сонымен қатар Н₂ мен SiCl₄ қатынасы бойынша және аэродинамикалық фактор бойынша бағыттаудан қабаттардың бағыттау дәрежесіне байланысты болады. Аэродинамикалық факторды кеміту үшін вертикальды реаторы бар эпитаксиалды қондырғыларды қолданады.

Соңғы кездері диэлектрикті подложкадағы кремнийдің гетероэпитаксиалды өсіру технологиясы қарқынды дамуда. Мұндай технология ИМС структуралық элементтерін алуды қамтамасыз етеді. Негізіне газофазды реакция қойылған сапфирдегі кремний гетероэпитаксиясы негізінен хлорид әдісімен және моносиланның пиролизімен жүзеге асады.

Силанды әдіс. Негізіне SiН₄ пиролизі қойылған силанды әдіс 1050 – 1150⁰С температура кезіде оптималды электрофизикалық құраммен сапфирдегі кремний эпитаксиалды қабаттарының сапалы өсуін қамтамасыз етеді. Силанды әдіспен өсірілген эпитаксиалды қабаттар құрылым жағынан да, құрам жағынан да мінсіз болып келеді.

Еліміздегі өндірісте эпитаксиалды өсіру үшін вертикальды реакторы бар УНЭС -1, УНЭС-2, УНЭС- 2П-В қондырғыларды қолданады.

Қабыршақты тозаңдату(напыление пленок). кристаллдық подложкада қоршалған эпитаксиалды монокристаллды қабыршақтан басқа микроэлектроникада кең қолданысты жұқа поликристаллды және аморфты қабыршақтар алады. Мұндай қабыршақтың негізінде қазіргі кезде тек пассивті емес, негізгі заряд тасушыларын пайдаланып жұмыс істейтін активті де элементтер дайындалады. Белгіленген мақсат бойынша өткізгіш резистивті, диэлектрлік және шалаөткізгішті поликристаллдық пен аморфты қабыршақты қолданады. Бұл қабыршақтарды әдетте вакуумды тозаңдату әдісімен алады.

Вакуумда қабыршақты қондыру процесі екі этаптан тұрады: затты газбейнелі күйге және конденсацияға айналдыру. Газбейнелі күйге айналдыру әдісі бойынша вакуумды қондыру әдісі термовакуумды булау, катодты және ион – плазмалы тозаңдату бойынша бөлінеді. термовакуумды булау буланған заттың қыздыруымен жүзеге асады. Мұнда зат алдымен еріп, сосын буға айналады. Кейбір заттар қыздыру кезінде сұйық фазадан өтіп, буға айналады. Катодты тозаңдату оның ионизацияланған газ атомымен үсті-үстіне жаудыру кезінде тозаңдатылған зат болып табылатын катод бұзу құбылысына негізделген. Катодты тозаңдатудың әртүрлілігі ион – плазмалы тозаңдату болып табылады. Булау(тозаңдату) процесі еркін молекула жүгірісінің орташа ұзындығымен, бу қысымымен және булану жылдамдығымен сипатталады.

Жұқа қабыршақты алудың екінші этабы конденсация, яғни газбейнелі фазадан қаттыға ауысу процесі болып табылады. Подложкамен соқтығысу кезінде тұндырылған атомдар немесе молекулалар, не серпінді соқтығысудың нәтижесінде әсер етуі мүмкін, не энергия бөлігін подложка атомына жіберіп, оның бетінде адсорбция жасайды. Подложка материалының түбінде атомдардың пайда болуын сақтауға болады. Будың конденсациясы бейнемен тіркеледі немесе подложкадан конденсацияланған бөлігін булаумен тіркеледі.

Конденсация процесі подложка температурасына, оның бөлігіне жеткен ағын тығыздығына байланысты болады.

Микроэлектроника технологиясында вакуумдының қатарына қабыршақты қондырудың химиялық және электрохимиялық әдісін қолданады.