2.7 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. Для одержання епітаксійних шарів з заданими властивостями використовується процес легування елементами III 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 епітаксійний шар n- типу нарощується на сильнолігований «скритий» n+- шар.

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.

На рис.2 показано розподіл домішки в епітаксійному шарі, вирощеному на підкладці n+ - типу.

Рисунок 2 - Розподіл домішки в епітаксійному шарі товщиною , вирощеному на підкладці - типу.

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.