Физико-химические основы эпитаксиальных процессов, страница 4

Для реакций восстановления (1.1), (1.2) и разложения (1.3) энергетический фактор DH_T отражает обычно повышение устойчивости системы при уменьше­нии запаса ее внутренней энергии, которое проявляется в тенденции к большей агрегации вещества, т.е. укрупнению частиц. Энтропийный же фактор DS_T отражает тенденцию и дезагрегации — усилению процессов распада на более простые частицы, происходящих в результате теплового движения. Если эти факторы действуют в противоположных направлениях, то система приближается к состоянию равновесия. При этом общее течение процесса определяется влия­нием преобладающего фактора и сопровождается сближением значений DH_T и TDS_T до тех пор, пока не будет достигнуто их равенство между собой, что соответствует состоянию равновесия.

Отличие значения K_Р от 1 характеризует направленность химической реак­ции в сторону образования конечных или начальных продуктов реакции по уравнениям (1.1) — (1.3). При определенном значении Т, когда DG_T=0 и 1пК_Р=1, наблюдается химическое равновесие

Теоретически процесс эпитаксии кремния описывается довольно сложными уравнениями. В них учитывается термодинамика и кинетика химических реакций, процессов зарождения и роста новой фазы, поверхностной диффузии частиц, а также газодинамическая обстановка в реакторе, теория движения дислокаций и др. Точный механизм эпитаксиального роста довольно сложен и до конца еще не ясен. В технологии ИМС достижения теории эпитаксиального роста пленок реализуются в виде определенных эмпирических закономерностей и правил.

1.2. ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ПРОЦЕССЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ СЛОЕВ КРЕМНИЯ

Основные параметры качества эпитаксиальных слоев — совершенство структуры, высокая их чистота, стабильность толщины пленки по всей площади пластины.

В зависимости от характера легирования осаждаются пленки п- и р-типов с удельным сопротивлением r от 10 до 100 Ом*см. Для изготовления ИМС используются эпитаксиальные пленки толщиной 0,2... 20 мкм с уровнем легирования от 10¹⁶ до 10²⁰ см ^-3, что соответствует r от 10 до 0,01 Ом*см.

Физико-химические факторы процесса эпитаксиального наращивания и конструктивно-технологические факторы реакционного аппарата, в котором он осуществляется, составляют технологические факторы ТП получения эпитаксиальных пленок. Выбор доминирующих факторов, влияющих на тот или иной параметр плен­ки или самого процесса, — важная задача технологических иссле­дований, направленная на поиск оптимальных режимов процесса и управления им.

К доминирующим факторам ТП относятся: состав применяемой парогазовой смеси; температура процесса и точность ее поддержания; газодинамическая обстановка над подложкой; чистота и совершенство структуры подложки, особенно ее поверхности; ма­териал подложки; скорость осаждения пленки и др.

В табл. 1.2 представлены данные об основных химических реакциях, используемых для получения эпитаксиальных пленок.

Для всех приведенных реакций необходимо, чтобы они про­текали в отсутствие даже следов кислорода или паров воды. Это требует тщательной очистки реагентов и газов-носителей, надеж­ной герметизации газораспределительной системы. Для тонкой очистки водорода обычно применяют палладиевые диффузионные мембраны, монтируемые в специальные агрегаты для очистки газов.

Таблица 1.2. Основные параметры химических реакций, используемых для получения эпитаксиальных пленок кремния