Основные характеристики диэлектрических подложек, используемых при гетероэпитаксии кремния

Материал	Симметрия	Периоды решетки, А		ТКР ·10–6, град–1
		а	с
Кремний	Кубическая (типа алмаза)	5,43		4,5(400 - 600)
Кварц	Гексагональная	4,90	5,39	8 - 13,4(0 - 80)
Сапфир	То же	4,75	12,95	9,5(20 - 1200)
Окись бериллия	То же	2,698	4,38	9,0(20 - 1200)

Различия как в периодах решетки, так и в ТКР у кремния и этих кристаллов велики. Это приводит к образованию дислокаций несоответствия, растрескиванию и отслаиванию пленок кремния при охлаждении, особенно при значительной их толщине.

В настоящее время для гетероэпитаксии кремния наиболее часто используется сапфир, благодаря его отработанности процесса, структурному совершенству подложек и экономической доступности.

Эпитаксиальные структуры со скрытым диэлектрическим слоем. Низкое качество и небольшая допустимая толщина гетероэпитаксиальных слоев кремния стимулировали разработку кремниевых структур со скрытыми диэлектрическими слоями. Распространенное название таких структур – SOI (Silicon On Insulator).

Перед эпитаксией в кремниевые пластины проводится имплантация большой дозы азота (10¹⁷10¹⁸ см^-2). Имплантация реализуется при высокой температуре подложки (около 1000С) и сравнительно низкой плотности ионного тока. Легкие ионы азота проникают на значительную глубину (до 0,5 мкм), оставляя на поверхности почти чистый слой кремния (0,10,2 мкм). Условия имплантации подобраны так, чтобы рациональные дефекты в поверхностном слое отжигались быстрее, чем генерировались бомбардирующими ионами. При достижении достаточной концентрации азот вступает в химическую реакцию с кремнием с образованием скрытого слоя нитрида кремния. После отжига и термостабилизации подложки готовы к проведению эпитаксии. Поверхностный монокристаллический слой служит затравкой для выращивания совершенного изолированного эпитаксиального слоя. Затравочный слой имеет проводимость n - типа, так как легирован азотом до предела растворимости (10¹⁷ см^-3). На основе структур SOI реализуются биполярные и МОП - транзисторы с полной диэлектрической изоляцией, защищенные от паразитных связей через подложку.

Эпитаксия из парогазовой фазы была разработана для атмосферного давления (10⁵) Па. Уменьшение рабочего давления в диапазоне 6,5 – 13 × 10³ Па позволило достичь уменьшения бокового и вертикального автолегирования, а также сильного уменьшиния смещения топологического рельефа, возникающего при эпитаксиальном росте над скрытым слоем.

Эпитаксия как технологический процесс, несомненно, остается неотъемлемой частью производства интегральных схем. Наблюдаемая в настоящее время тенденция к уменьшению толщины эпитаксиальных слоев для создания интегральных микросхем, безусловно, приведет к совершенствованию эпитаксиальной технологии и более глубокому изучению эффекта автолегирования. Кроме того, внимание следует уделить уменьшению загрязнения подложек.