Физико-химические основы эпитаксиальных процессов

министерство образования росийской федерации

Марийский Государственный Технический Университет

Реферат

по дисциплине:

"Физико-химические основы технологии ЭС"

на тему: "Физико-химические основы эпитаксиальных процессов"

Выполнил: ст. гр. РЭС-31

Андрейкин А.В.

Проверил: К. Т. Н., доцент

                                                                           Сушенцов Н.И.

г.Йошкар-Ола

 2004

Cодержание:

1. Технология получение эпитаксиальных полупроводниковых слоев                3

2. Общие принципы процесса осаждения эпитаксиальных слоев                         3

3. Влияние технологических факторов на процессы получения эпитаксиальных слоев кремния                                                                                                              8

4. Получение легированных эпиатксиальных слоев                                             11

5. Вакуумная технология выращивания эпитаксиальных пленок                       13

1. ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СЛОЕВ

1.1. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПРОЦЕССА ОСАЖДЕНИЯ ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ СЛОЕВ

Ориентированный рост поверхности монокристалла, т.е. рост слоя, повторяющего структуру подложки, называют эпитаксиальным ростом, а процесс получения такого слоя — эпитаксией.

Материал полупроводникового слоя, созданного в процессе эпитаксии, может резко отличаться по составу (концентрации примесей) от материала подложки. Во многих случаях получают даже слои одного вещества на монокристаллических подложках из другого. Так, кремниевый слой может быть выращен на сап­фировой подложке — кремний на сапфире (КНС). Подобный про­цесс называется гетероэпитаксией, а выращенный слой — гетероэпитаксиальным.

Эпитаксиальное осаждение вещества на монокристаллические подложки проводят из различных сред: пара (молекулярных пуч­ков), газа, раствора (расплава), ионных потоков (пучков). Применительно к технологии ИМС чаще всего используют методы осаждения из газа, пара, расплава. Ионные пучки применяют по­ка еще мало.

В зависимости от агрегатного состояния источника атомов по­лупроводника и примеси для растущей пленки различают эпитаксию из газовой, жидкой и твердой фаз. Промышленное применение нашли газофазная (ГФЭ) и жидкофазная (ЖФЭ) эпитаксии. ЖФЭ применяют для создания гетероструктур на основе сложных полупроводников (например, GaАs — GаАlАs). Для кремниевых структур используют ГФЭ, как более простой в условиях серийно­го и массового производства метод, обеспечивающий высокое каче­ство эпитаксиальных слоев. Совершенство структуры эпитаксиального слоя определяется условиями выделения атомов кремния и примеси, а также состоянием поверхности пластины.

При ГФЭ атомы кремния и примеси выделяются на пластине в результате химических реакций из соединений кремния и легиру­ющего элемента. Для совершенства структуры важно прежде все­го, чтобы в достройке решетки участвовали одиночные атомы, а не их группы (агломераты), предварительно объединившиеся в газо­вой фазе. Характер химических реакций, следовательно, должен быть гетерогенный, т. е. выделение атомов кремния и примеси дол­жно происходить непосредственно на пластине, а не в газовой фа­зе. Исходные реагенты должны быть подобраны так, чтобы моле­кулы побочных продуктов реакции при заданной температуре лег­ко десорбировались с поверхности пластины, не загрязняя ее. Дру­гими словами, энергия связи этих молекул с поверхностью пла­стины должна быть существенно ниже их свободной энергии. Из-за нарушения непрерывности решетка на поверхности пла­стины обладает избытком свободных связей и действует ориенти­рующим образом на атомы, конденсируемые из газовой фазы. Чем с большим числом атомов решетки вступает в связь конденсируе­мый атом, тем более устойчиво состояние (большая энергия свя­зи), в которое он переходит. Распределение свободных связей в плоскости эпитаксиального роста и наиболее вероятная последова­тельность достройки решетки атомами зависят от кристаллического строения полупроводника и кристаллографической ориентации плоскости пластины. Известно, что кремний имеет кристалличе­скую решетку типа алмаза. Элементарная ячейка кремния представляет собой гранецентрированный куб, внутри кото­рого находятся четыре атома, располага­ющиеся на расстояниях а/4 (а — параметр решетки) от ближай­ших трех граней куба. Закономерность достройки решетки опреде­ляется тетраэдрическим характером межатомных связей: каждый атом окружен четырьмя атомами, расположенными на расстоянии              от него и связанными с ним ковалентно.

Эпитаксия как физико-химический процесс отличается от со­ответствующих процессов химического осаждения, конденсации, кристаллизации из расплава только тем, что пленки, получаемые при эпитаксии, должны быть монокристаллическими, что опреде­ляет условия проведения этого процесса.