Рассмотрим наиболее распространенный на практике процесс осаждения эпитаксиальных слоев кремния из газовой фазы при помощи химической реакции осаждения кремния из его тетрахлорида SiСl4. Этот процесс, впервые детально изученный советскими учеными Н. М. Шефталем, Н. П. Кокоришем, Е. И. Гиварги-зовым, описывается реакцией:
SiСl4+2Н2 –>Si+4HCl (1.1)
и реализуется довольно просто. В кварцевой трубе располагают кремниевые монокристаллические пластины (подложки), над которыми газ-носитель, состоящий из смеси водорода и аргона, проносит пары SiСl4. Пластины нагревают до температуры порядка 1000°С, при которой с удовлетворительной скоростью протекает реакция (1.1). Атомы осаждаемого кремния продолжают атомную решетку подложки, образуя эпитаксиальный слой. Для получения легированных эпитаксиальных слоев кремния п- или р-типа в парогазовую смесь можно легко ввести легирующие добавки так же, как это делалось при диффузии. При этом используются реакции:
2РС13+ЗН2 –>2Р+6НС1, (1.2)
2ВС13+3H2 –>2B+6HCl
или
2PH3 –>2P+3H2,
B2H6 –>2B+3H2 (1.3)
Соответствующие элементы III-й и IV-й групп периодической системы создают заданный профиль концентрации примесей на атомарном уровне. Протекание реакций (1.1) — (1.3) на подложке обусловлено следующими сложными явлениями: насыщением газа-носителя реагирующими компонентами (SiС14, РСl3, ВСl3 и т. п.); смешением его с водородом в необходимых пропорциях (обычно с десятикратным избытком Н2 по сравнению со стехиометрическим количеством); адсорбцией реагентов на подложках; собственно химической реакцией на поверхности; поверхностной диффузией осажденных атомов; десорбцией продуктов реакции и удалением их с потоком газа-носителя и непрореагировавшими остатками парогазовой смеси.
Рис 1.1. Последовательность стадий осаждения эпитаксиального слоя из парогазовой смеси по реакции (1.1) в открытой проточной системе
1 — поток газа-носителя с реагентами; 2—перенос реагентов к поверхности подложки; 3 — адсорбция реагентов, 4 — подложка, 5 — растущий эпитаксиальный слой, 6 — десорбция продуктов реакции, 7 — перенос продуктов реакции в основной поток 8 — выброс в очистительную систему газов, непрореагировавших компонентов и продуктов реакции; 9 — реактор
Последовательность указанных стадий процесса эпитаксии, как и любого химического осаждения пленок, дана на рис. 1.1. Частицы кристаллизующегося вещества могут диффундировать по поверхности подложки до тех пор, пока не встретят на ней благоприятный для роста участок (с минимальной свободной энергией роста), например ступеньку или излом, где и произойдет встраивание частиц в решетку кристалла. Рост может происходить и непосредственно в процессе превращения адсорбированных молекул парогазовой смеси в твердые частицы на соответствующих участках растущей пленки. Каталитические свойства поверхности полупроводникового кристалла благоприятствуют осаждению пленки в первую очередь на этой поверхности, а не на стенках реактора, особенно если последние поддерживаются в ненагретом состоянии.
Рис 1.2. Различные центры хемосорбции (а) и десорбции (б) на грани монокристалла.
1, 2, 3 — излом, ступенька, свободный центр в когерентных позициях, 4 — свободный центр в некогерентной позиции, 5 — атом Ме кристаллизуемого вещества в составе хемосорбированной молекулы МХ; 6 — уходящий атом X молекулы МХ, 7, 8 — то же, что 5. 6. только для газовой фазы (энергетическая диаграмма внизу слева условно показывает относительную силу связи атома Ме с подложкой и уходящим атомом X, где 1>2>3>4)
Для простоты описания эпитаксиального роста монокристаллическую подложку изображают в виде гигантской полимерной молекулы, с которой исходная молекула МеХ4 образует промежуточное адсорбционное состояние (рис. 1.2,а) или активированный комплекс. Этот комплекс можно представить в двух видах:
на когерентных центрах адсорбции
 |
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.