7. Автоепітаксія кремнію як базовий технологічний процес виготовлення imc

Епітаксійним нарощуванням або епітаксією називається процес орієнтованого нарощування шару речовини на початковий (вихідний) монокристал – підкладку.

Автоепітаксією (гомоепітаксією) називається орієнтоване нарощування речовини шару, що відрізняється від підкладки лише домішками. Орієнтоване нарощування речовини на інородні підкладки називається гетероепітаксією. Напівпровідникові шари, одержані епітаксією, мають значно кращі електрофізичні властивості, ніж підкладка (не містять домішок кисню і вуглецю, які є в монокристалах кремнію). Епітаксійне нарощування напівпровідникових шарів може проводитися з використанням процесів : 1) осадження з газової фази; 2) осадження з парової фази; 3) осадження з розчинів (рідинна епітаксія). При цьому використовують хлоридний метод, силановий метод та молекулярно – променеву епітаксію (МПЕ).

2.7.1 Хлоридний та силановий методи

Велике розповсюдження в промисловості одержав хлоридний метод автоепітаксії. При цьому методі проводиться осадження кремнію з газової фази з використанням реакції відновлення воднем тетрахлориду кремнію:

Автоепітаксія кремнію здійснюється на установці, яка складається з реакційної камери і газової системи, що забезпечує подачу в камеру водню, азоту, їх суміші та хлористого водню ( рис.1 ).

Рисунок 1 - Установка для епітаксійного нарощування хлоридним методом

1 – реакційна камера; 2 – індуктор (нагрівальний електромагнітний пристрій); 3 - підставка для підкладок; 4 – підкладки ; 5 – вентилі.

Подача азоту передбачена необхідністю видалення повітря з газової системи та реакційної камери: суміш водню і хлористого водню вводиться в реакційну камеру для газової очистки поверхні підкладок безпосередньо перед епітаксійним нарощуванням.

Процес приєднання атомів кремнію, що утворюється в результаті реакції, до підкладки залежить від швидкості газового потоку та температури. Максимальний вихід кремнію спостерігається при температурі біля 1200˚ С. В технологічному процесі створення мікросхем використовують підкладки кремнію з епітаксійними шарами, які мають різні питомі опори та типи провідності.

При автолегуванні впровадження домішки з підкладки обумовлено травленням підкладки (при реакції з хлористим воднем). В результаті такого травлення утворюються не тільки хлориди кремнію, але й хлориди домішок.

Хлориновий ( хлоридний ) метод обмежує одержання тонких епітаксійних шарів. Для вирішення цієї задачі використовується силановий метод, в основі якого лежить реакція піролітичного розкладання моносилану:

При силановому методі використовують установки, аналогічні тим, що застосовуються при хлоридному методі. Реакція піролітичного розкладу починається при температурі . Ріст якісних шарів проходить при температурі біля . Переваги силанового методу: більш низька температура процесу. Крім того, при силановому методі не утворюється ніяких галогенідів, здатних травити підкладку і, тим самим, переносити домішку через газову фазу в зростаючий епітаксійний шар.