
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=PCl / PH =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=nSi /nCl=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 .