Основные операции процесса термического окисления:

−продувка камеры азотом;

−нагрев рабочей зоны до предварительной температуры, которая на 100 – 150 0С ниже заданной по технологии рабочей температуры;

−загрузка лодочки с пластинами в рабочую зону;

−нагрев печи до рабочей температуры;

−подача парогазовой смеси;

−выдержка пластин в течение заданного времени;

−охлаждение печи;

−выгрузка пластин.

В технологии ИМС различают толстые и тонкие окислы. Толстые окислы (d=0,5 – 0,8 мкм) выполняют роль защиты и маскирования, а тонкие – функции подзатворного диэлектрика в МОП – транзисторах (d=0,05 – 0,15 мкм).

3.4 Эпитаксиальное наращивание

3.4.1 Общие сведения. Эпитаксия – процесс наращивания монокристаллических слоев на монокристаллических подложках. Монокристаллические подложки в процессе роста эпитаксиального слоя выполняют ориентирующую роль затравки, на которой происходит кристаллизация (рисунок3.8).

Рисунок 3.8 – Схема осаждения атомов и образования ориентированных зародышей

44

К основным преимуществам эпитаксиальной технологии можно отнести следующие преимущества.

−сравнительно низкая температура процесса эпитаксиального наращивания;

−возможность легирования монокристаллических пленок непосредственно в процессе их выращивания;

−возможность получения высокоомных слоев полупроводника на низкоомных пластинах.

В зависимости от состава материалов слоя и подложки различают процессы гомоэпитаксии и гетероэпитаксии.

1) Если составы материалов практически одинаковы, например слой кремния на кремниевой пластине, процесс называют гомоэпитаксией.

Гомоэпитаксией можно получить однородные по составу (гомогенные) электронно-дырочные переходы.

2) Гетероэпитаксия – процесс ориентированного нарастания вещества, отличающегося по химическому составу от вещества подложки.

При наращивании гетероэпитаксиальных слоев на границе слой - подложка образуется неоднородный по составу (гетерогенный) переход.

Процесс гетероэпитаксии возможен для элементов и сложных веществ, не

образующих между собой химических соединений.

Толщина эпитаксиальных слоев составляет от 0,1 – 100 мкм.

3.4.2 Гомоэпитаксия. Для осаждения слоев кремния используют кремнийсодержащие соединения: тетрахлорид кремния, силан. В соответствии с применяемыми исходными продуктами называют и методы: хлоридный и силановый.

Хлоридный метод основан на восстановлении тетрахлорида кремния водородом:

1 2 000C

←

S i C4 l+ 2H2 → S i↓ +4H C.

45

Процесс наращивания слоев кремния выполняют способом проточной трубы при атмосферном давлении (рисунок 3.9).

Парогазовая смесь поступает в зону реакции через множество кварцевых трубок. Нагрев подложкодержателя осуществляется резистивным, индукционным или ИК-способом.

Если добавить к тетрахлориду кремния соединения фосфора или бора, то можно вырастить пленку нужного типа электропроводности и нужного удельного сопротивления.

Участвующий в реакции восстановления водород является одновременно и газом-носителем.

1 – нагреватель; 2 – подложки; 3 – ротаметры; 4 – испаритель; 5 – источник легирующей примеси; 6 – кварцевая труба; 7 – вентили

Рисунок 3.9 – Схема установки эпитаксиального наращивания

Процесс эпитаксиального осаждения включает переходы:

−загрузка пластин в гнезда подложкодержателя;

−нагрев пластин до температуры 1200 0С;

−осаждение эпитаксиального слоя, для чего в камеру подают пары тетрахлорида кремния и легирующее соединение

−охлаждение пластин;

−выгрузка эпитаксиальных структур.

46

Основной недостаток хлоридного метода - высокие температуры процесса, приводящие к диффузии примесей из пластин в растущий слой.

Силановый метод основан на использовании необратимой реакции термического разложения силана:

Установка для выращивания эпитаксиальных слоев силановым методом близка по устройству к установке, используемой в хлоридном методе.

3.4.3 Гетероэпитаксия. Гетероэпитаксия развивается в двух основных направлениях: выращивание полупроводниковых гетеропереходов и наращивание полупроводниковых слоев на диэлектрических подложках.

Наращивание гетеропереходов применяют для создания выпрямителей, работающих на основных носителях (CdSe - Se), туннельных диодов (GaAs - InP, CdS - ZnTe, GaAs – Ga1-x InxAs), транзисторов с широкозонным эмиттером (GaAs - Ge), инжекционных лазеров (GaAs – Ga1-xAlxAs), источников спонтанного излучения (GaAs - GaP, CdSe - ZnTe, GaAs - InAs) и соответствующих микросхем.

Гетероэпитаксия на диэлектрических подложках при изготовлении микросхем решает проблему изоляции элементов.

В настоящее время наиболее освоена производством эпитаксия кремния на сапфировых подложках (КНС), а также ведутся исследования процессов наращивания кремниевых слоев на других изоляторах (КНИ).

Процесс гетороэпитаксии проводят аналогично гомоэпитаксии хлоридным или силановым методом. В последнее время широко применяется молекулярно лучевая эпитаксия, которая близка процессам напыления.

Использование эпитаксиальных пленок в электронной промышленности позволило существенно улучшить характеристики туннельных и лазерных диодов, разработать технологию получения транзисторов с высоким коэффициентом усиления на высоких частотах, мощных и высоковольтных транзисторов.

47