Методи імпульсного іонного і лазерного легування.

Існуючі недоліки установок для іонного легування, усуваються при використанні імпульсного іонного легування матеріалів. Для цього, останнім часом, почали використовувати лазерно-плазмові джерела іонів. Формування іонного пучка проходить на великих, в порівнянні з початковим розміром плазми, віддалях від мішені. Імпульсний режим роботи сучасних лазерних систем достатньої потужності визначає імпульсний характер лазерної плазми. При легуванні напівпровідникова пластина опромінюється імпульсами іонного струму.

Цей метод розширює можливості легування і знаходить

широке застосування при виробництві В1С і НВІС. Метод базується на взаємодії лазерного випромінювання, з речовиною плівки, нанесеної на поверхню напівпровідникової підкладки. При цьому плівка, яка поглинула випромінювання, нагрівається. Можна нагріти і розплавити тонкий шар металу і напівпровідника протягом мікросекунд чи навіть пікосекунд.

Таким чином, основним фізичним процесом, який проходить при впровадженні атомів під дією лазерного випромінювання, виділення тепла при поглинанні випромінювання і застигання за рахунок теплопровідності. До загальних закономірностей при такому способі впровадження домішки можна . віднести такі: глибина впровадження і концентрації впроваджених атомів залежать від густини енергії випромінювання і початкової товщини плівки впроваджуваного матеріалу; глибина проникнення атомів, як правило, відповідає довжині теплової дифузії і може мати величину, що перевищує І мкм; концентрації впроваджених атомів можуть перевищувати межу рівноважної розчинності в матеріалі підкладки на кілька порядків; кількість дефектів, які залишаються в кристалічних ґратках матеріалу підкладки, залежать від концентрації і типу впроваджених атомів домішки, густини енергії і імпульса тривалості монохроматичного випромінювання.

Механізм лазерного легування полягає в наступному: при дії наносекундних імпульсів випромінювання досить високої енергії відбувається плавлення нанесеної плівки і підкладки, швидке перемішування атомів у рідкій фазі та наступний епітаксійний ріст кристалу з розплаву.

Метод лазерного легування розширює можливості спрямованої зміни поверхневих властивостей матеріалів. За простотою і універсальністю цей метод може конкурувати з методом іонної імплантації та доповнює його.

17 Автоепітаксія кремнію як базовий технологічний процес виготовлення imc.

Епітаксіальним 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). Крім того, епітаксійний шар сприяє створенню кращої ізоляції елементів схеми від підкладки.

Епітаксійне нарощування напівпровідникових шарів може проводиться з використанням процесів : 1) осадження з газової фази; 2) осадження з парової фази; 3) осадження з розчинів (рідинна епітаксія). При цьому використовуються хлоридний метод, силановий метод та молекулярно – променева епітаксія (МПЕ).

Хлоридний метод.

Велике розповсюдження в промисловості одержав хлорид ний метод авто - епітаксії. 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)

		Рис.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 (рис.2.)
	Рис.2. Залежність швидкості нарощування епітаксійного шару від температури (t) для різних швидкостей газового потоку В технологічному процесі створення мікросхем використовують підкладки кремнію з епітаксій ними шарами, які мають різні питомі jпори та типи провідності. Для одержання епітаксій них шарів з заданими властивостями використовується процес легування елементами 11 і V груп.

При утворенні епітаксійних шарів відбувається інтенсивне впровадження домішки, яка є в підкладці, - в епітаксійний шар. Це особливо помітно при нарощуванні високоомних шарів на сильноліговані підкладки. Прикладом можуть слугувати біполярні мікросхеми, в яких епітаксій ний шар - типу нарощується на сильнолігований «скритий» - шар.

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

На рис.3 показано розподіл домішки в епітаксійному шарі, вирощеному на підкладці - типу.

Рис.3. Розподіл домішки в епітаксійному шарі товщиною , вирощеному на підкладку - типу. Очевидно, що в силу того, що концентрація домішки стикується в епітаксійному шарі, шар із заданою концентрацією більш низькою, ніж в підкладці, може бути одержаний лише тоді, коли він має достатню товщину. 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 t біля . Переваги силанового методу: більш низька температура, процесу, крім того, при силановому методі не утворюється ніяких галогені дів, здатних травити підкладку і тим самим переносити домішку через газову фазу в зростаючий епітаксійний шар.