ДЗ / дз 8
.docx1. Эпитаксия (Общее понятие)
Эпитаксия — это основополагающий технологический процесс в микроэлектронике, заключающийся в ориентированном росте монокристаллического слоя на поверхности монокристаллической подложки. Суть процесса состоит в том, что атомы или молекулы растущего слоя осаждаются таким образом, что их кристаллическая структура является продолжением и повторяет кристаллическую ориентацию подложки. Это позволяет создавать многослойные структуры с высоким кристаллическим совершенством и точно заданными электрическими параметрами, и толщинами.
Эпитаксиальные слои широко используются при изготовлении приборов на основе кремния, арсенида галлия, нитрида галлия и других полупроводниковых материалов.
2. Газофазная эпитаксия
Газофазная эпитаксия (ГФЭ) реализуется в реакторе, где рост эпитаксиального слоя происходит в результате химической реакции между газами или парами исходных веществ, протекающей на поверхности нагретой монокристаллической подложки. Исходный компонент (например, SiCl4 или SiH4 для кремния) подается в смеси с газом-носителем (часто водородом H2). Подложка, нагретая до высокой температуры (например, до 1200 ℃ для кремния), инициирует химическое разложение прекурсоров. Высвободившиеся атомы осаждаются и кристаллизуются, выстраиваясь в соответствии с кристаллической решеткой.
Различают два основных метода ГФЭ для кремния:
1) Хлоридный метод SiCl4: протекает при высокой температуре, основан на обратимой реакции
Образующийся HC может травить (удалять с подложки уже осажденный кремний), что является химической реакцией переноса, позволяя контролировать чистоту слоя.
2) Метод с использованием силана SiH4: протекает при более низкой температуре 1000℃, а реакция термического разложения силана (SiH4)
является необратимой. Это исключает травление слоя и позволяет получать более чистые и совершенные эпитаксиальные слои.
Процесс может вестись при атмосферном или пониженном давлении. Конструктивно реакторы бывают горизонтальными, вертикальными (башенными) с вращающимися подложками и радиальными. Метод широко применяется при производстве гетероструктур, светодиодов, СВЧ-приборов и высокочастотных транзисторов.
3. Жидкостная эпитаксия
Жидкостная эпитаксия (ЖЭ) — это процесс роста монокристаллического слоя из пересыщенного жидкого раствора (или расплава), который контактирует с кристаллической подложкой.
Метод широко применяется для выращивания слоев на основе полупроводниковых соединений, таких как GaA или InP. В таких случаях растворителем обычно выступает один из компонентов самого соединения (например, галлий Ga).
Рост происходит за счет создания пересыщения раствора, что, как правило, достигается медленным охлаждением системы. Пересыщенное вещество начинает кристаллизоваться на поверхности подложки, повторяя её кристаллическую ориентацию.
Главным преимуществом ЖЭ является то, что она проводится при относительно низких температурах (близких к температуре плавления растворителя). Это существенно снижает термические напряжения в подложке и минимизирует нежелательную диффузию примесей.
Установка для ЖЭ является относительно простой и недорогой: процесс можно реализовать в кварцевом тигле с подогревом и системой плавного охлаждения. Метод также позволяет выращивать многослойные структуры с различным составом и легированием (намеренным введением примесей), используя многосекционные тигли для последовательного контакта подложки с разными растворами.
Особенно эффективна при необходимости получения толстых (от единиц до десятков микрометров) слоёв с высоким кристаллическим качеством — например, при создании лазерных и оптических структур.