4) Физико-химические основы ионной ионной имплантации ( до теоретического описания):

Методу термической диффузии присущи следующие недостатки: 1. Вследствие высокой температуры процесса при формировании заданных диффузионных областей происходит изменение профиля ранее сформированных диффузионных областей. 2. Наличие боковой диффузии не позволяет формировать диффузионную область с малой площадью. 3. Термическая диффузия позволяет работать с очень узким набором диффузантов.

Для устранения указанных недостатков был разработан метод ионной имплантации.

5) Физико-химические основы ионной ионной имплантации ( Теоретическое описание):

Суть данного метода заключается в следующем: ионы легирующей примеси ускоряются электрическим полем до необходимых энергий, после чего сепарируются и бомбардируют поверхность полупроводниковых пластин. В результате бомбардировки происходит имплантация (внедрение) ионов примеси в приповерхностную область полупроводниковых пластин. Глубина внедрения зависит от энергии ионов, а концентрация внедрённой примеси определятся дозой легирования. Диапазон энергий ионов при имплантации обычно от 20 до 500 кэВ.

6) Физико-химические основы эпитаксия в технологии микро- и наноэлектроники(теоретические сведения):

Эпитаксиальная задача в технологии микро- и наноэлектроники

Эпитаксией называется процесс направленного наращивания слоя материала на монокристаллической подложке. Различают авто- или гомоэпитаксию, когда на поверхности монокристаллического материала наращивается монокристаллическая пленка того же материала, отличающегося степенью легирования. Другой разновидностью эпитаксии является гетероэпитаксия, когда на поверхности монокристалла наращивается монокристаллическая пленка другого материала.

Эпитаксиальное наращивание, как правило, проводится совместно с легированием. В результате после эпитаксии формируется однородно легированная полупроводниковая пленка. В отличие от термической диффузии и ионной имплантации, p-n переход получается не в результате перекомпенсации примеси в подложке, а в результате эпитаксиального наращивания слоя полупроводника с другим типом проводимости. Толщина эпитаксиальной пленки не имеет физических ограничений. Эпитаксиальное наращивание позволяет формировать слаболегированные пленки полупроводника на сильнолегированной подложке, а также формировать изотипные переходы ( , + - сильно легированная область). В технологии изготовления полупроводниковых интегральных микросхем часто используются эпитаксиальные структуры, при этом активные элементы планарной полупроводниковой интегральной микросхемы обычно формируются в тонком верхнем эпитаксиальном слое.

7) Оборудование и технология проведения эпитаксии:

Технологический процесс эпитаксиального наращивания может проводиться в газовой фазе (газо-фазовая эпитаксия - ГФЭ), в жидкой фазе (жидко-фазовая эпитаксия - ЖФЭ) и в твёрдой фазе (твердо-фазовая эпитаксия - ТФЭ). ЖФЭ используется в основном при формировании эпитаксиальных слоёв в сложных полупроводниковых соединениях. В кремниевой технологии обычно используется ГФЭ. При ГФЭ формирование эпитаксиальных пленок на кремнии может осуществляться с использованием химических реакций восстановления и разложения. В качестве реакции восстановления обычно используется тетрахлорид кремния , . Для осуществления легирования растущей эпитаксиальной пленки в процессе её роста в реактор вводится диффузант и используются следующие химические реакции: . Рассмотрим упрощенную схему установки для эпитаксиального наращивания кремния, работающего на основе реакции восстановления (1).

1 - верхняя часть реактора, 2 - нижняя часть реактора, 3 - высокочастотный индуктор, 4 - откачивающее устройство, 5 - графитовый пластинодержатель, 6 - крепление пластинодержателя, 7 - полупроводниковые пластины, 8 - барбатёр с тетрахлоридом кремния, 9 - нагреватель барбатёра, 10 - барбатёр с диффузантом, 11 – нагреватель барбатёра с диффузантом, 12 – вентиль

В данной установке используется вертикальный реактор с холодными стенками. Вертикальное расположение реактора дает возможность получить более однородное распределение газодинамических потоков, а также температурных полей. Пластинодержатель (5) обычно изготавливается из особо чистого графита, имеющего хорошую электропроводность. Для уменьшения выделения газов из графита поверхность пластинодержателя обычно покрывают пленкой карбида кремния. Нагрев пластинодержателя вместе с полупроводниковыми пластинами, размещенными на нем, осуществляется за счёт воздействия высокочастотного электромагнитного поля, создаваемого индуктором (3). Реактор состоит из двух частей: верхней (1) и нижней (2). В рабочем состоянии между этими частями обеспечивается герметичное соединение. Для обеспечения холодных стенок реактора индуктор (3) часто выполняется в виде металлических трубок, внутри которых протекает охлаждающая вода. В данной конструкции реактора все химические реакции протекают только на поверхности пластинодержателя и полупроводниковых пластин.