8Пппппааапапроа–––––рапропрвап

СТРУКТУРА ТРАНЗИСТОРА , ИЗГОТОВЛЕННОГО ПО ТЕХНОЛОГИИ «ИЗОПЛАНАР»

Обоснование технологической операции эпитаксии .

Эпитаксия-процесс ориентированного роста одного кристалла на поверхности другого таким образом , что растущий кристалл закономерно продолжает кри­сталлическую решётку имеющегося кристалла - подложки .При ориентирован­ном нарастании вещества , гомотипного по структуре и незначительно отли­чающегося по составу от вещества подложки говорят об автоэпитаксии.

Качество автоэпитаксиальных слоёв кремния и экономичность процесса авто­эпитаксии в целом определяются правильным выбором технологических усло­вий - температуры, состава исходных компонентов , подаваемых в реактор , их количество .

Оптимальная концентрация SiCl₄ в ПГС (m) составляет по экспериментальным данным 0,3 - 0,5 мольных % .Дальнейшее увеличение концентрации тетрахло­рида кремния приводит к кристаллизации кремния в условиях больших пере­сыщений и формированию ЭС , имеющих высокую плотность дефектов кри­сталлической структуры .

В нашем случае возьмём m =0,4% .

Тогда соотношение гипотетических давлений неконденсирующихся атомов :

X=P_Cl / P_H =4*m / [2*(100-m)] =4*0,4/[2*(100-0,4)]=8*10^-3

Также по экспериментальным данным было установлено , что максимальный выход элементарного кремния из ПГС следует ожидать при температуре около Тэ=1473 К.

По разработанному в курсовой работе технологическому маршруту в процессе эпитаксии имеем систему Si - O - As .

T,K Температура эвтектики такой

1773 системы несколько ниже

1346 К , с концентрацией

1573 кислорода 8-12%(ат.) и

мышьяка в пределах 20-30%.

1373

1173

973

0 20 40 60 80 100

Si As,%(ат.) As

Анализ диаграммы фазовых равновесий на основе кремния, кислорода и мышьяка позволяет получить более чёткое представление о характере взаимо­действия кремния с кислородом и мышьяком на поверхности нагретой под­ложки в процессе эпитаксии и представить физико-химическую природу обра­зующихся фаз.

В нашем случае температура эпитаксии (1473 К) выше эвтектической (1346 К)

в системе Si-O-As и в условиях , близких к равновесным , имеют место сле­дующие элементарные стадии :

• диффузия реагирующих веществ к границе раздела фаз;

• гомогенная реакция взаимодействия тетрахлорида кремния с водородом в СДС ;

• диссоциативная адсорбция трихлорсилана ;

• серия реакций на поверхности жидкой фазы ;

• десорбция продуктов реакции и их диффузия в газовую фазу ;

• растворение восстановленного кремния , легирующих добавок , примесей и кислорода в жидкой фазы ;

• пересыщение жидкой фазы кремнием и сдвиг равновесия в сторону роста АЭС кремния на границе раздела фаз . Образующийся АЭС кремния содер­жит легирующую добавку и кислород в соответствии с эффективными коэф­фициентами распределения примесей между твёрдой и жидкой фазами ;

• дальнейший рост АЭС кремния в результате диффузии кремния и примесей через слой жидкой фазы к поверхности монокристалла (подложки) .

Область температур , удовлетворяющая условию Тэ>Т^*_е и соответствующих протеканию процесса по механизму пар®жидкость®ЭС в условиях , близких к равновесным , является наиболее благоприятной для получения ЭС кремния с высоким совершенством кристаллической структуры .

По номограмме зависимости отношения Cl/H от температуры [рис.8 , лит-ра 3] находим отношение числа атомов кремния и хлора , находящихся в равновесной ПГС , y=n_Si /n_Cl=0,04.

С помощью y можно рассчитать равновесный выход кремния b :

b=1-4*y =1-4*0,04= 0,84

В итоге имеем y <0,25 и b >0 , что характеризует процесс осаждения кремния .

В нашей системе при X=8*10^-3 процесс эпитаксии начинается при Т=950 К .В данном случае осаждается аморфный кремний . При Т=1173-1223К появляется ориентированный рост(область тетраэдрических нарастаний ) . Далее при Т=1223-1273 К появляется сплошной слой , но при этом имеет место очень большое количество структурных дефектов . При Т >1273 К количество дефек­тов уменьшается . И наконец при Т >Т^*_е качество слоёв кремния резко улучша­ется (наилучшие условия). При Т > 1553 К срывается процесс кристаллизации жидкой фазы .