Реакция (1.1) обратима. Если несущий газ содержит пары НСl, то может происходить не рост, а газовое травление кремния. При избытке SiС14 помимо реакции (1.1) протекает и реакция травления кремния тетрахлоридом:
SiС14 (газ)+Si (тв.)«2SiС12. (1.6)
В результате при высокой концентрации SiС14 травление кремния осуществляется в отсутствие НСl в газе-носителе. На рис. 1.5 показано влияние концентрации SiCl4 в парогазовой смеси на скорость роста пленки. Вначале с увеличением концентрации SiCl4 скорость осаждения растет, при молярной концентрации SiС14, равной 0,1 моль/л, она становится максимальной, затем снижается, и при концентрации около 0,28 моль/л в газовой смеси начинается травление кремния.
1.3. ПОЛУЧЕНИЕ ЛЕГИРОВАННЫХ ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ СЛОЕВ
В первые годы развития эпитаксиальной технологии ее основной задачей было снизить сопротивление насыщения транзисторных структур. Для этого на низкоомных подложках n+-типа выращивали высокоомные n-слои. Эти слои довольно часто легировались за счет того, что исходный хлорид содержал такую комбинацию примесей, которая обеспечивала выращивание слоев л-типа с удельным сопротивлением до нескольких Ом*см. При этом слои получались компенсированными, подвижность неосновных носителей заряда в них была меньше, чем в обычном монокристаллическом кремнии, легированном до того же удельного сопротивления. Кроме того, увеличивалась вероятность появления значительного разброса удельного сопротивления в слоях от процесса к процессу и при переходе от одной партии SiС14 к другой.
Очевидно, что перед легированием необходимо проводить глубокую очистку тетрахлорида до такой степени, чтобы он обеспечивал формирование слоев с удельным сопротивлением, превосходящим заданное, по крайней мере, на порядок величины. Чистый SiСl4 легируют соответствующими газовыми примесями, позволяющими получить кремний р- или n-типа, причем легирование осуществляют непосредственно в процессе выращивания эпитаксиального слоя.
Развитие эпитаксиальной технологии расширило круг задач, стоящих перед ней Так, в ходе процесса эпитаксиального роста потребовалось неоднократно изменять концентрацию примесей в слое, получать в нем р—n-переходы и выращивать многослойные структуры. Соответственно усложнились и задачи, связанные с легированием эпитаксиальных слоев.
Рассмотрим легирование эпитаксиальных слоев при выращивании их хлоридным методом. Легирование растущего слоя производят через газовую фазу путем переноса соединений легирующих примесей (хлоридов донорных и акцепторных элементов) тем же потоком газа, в котором содержится основной материал для роста слоя - тетрахлорид кремния. Хлориды основных легирующих примесей — фосфора и бора — при комнатной температуре представляют собой летучие жидкости, неограниченно растворимые в SiС14.
Возможны различные способы введения хлоридов в газовую смесь. Так, хлориды могут быть растворены в SiС14 и испаряться вместе с ним. Можно получать газовую смесь заданного состава, испаряя каждый из хлоридов в отдельности и смешивая их пары в газовой фазе. При этом давление каждого из хлоридов определяется температурой жидкой фазы и имеется возможность изменения удельного сопротивления слоя в ходе его выращивания.
При легировании все реакции на поверхности происходят быстро, т. е. скорость процесса определяется скоростью переноса реагентов в газовой фазе. Это объясняется тем, что все используемые для легирования эпитаксиальных слоев хлориды (ВСl3, РСl3, АsСl3 и SbСl3) восстанавливаются водородом при температурах, существенно более низких, чем SiСl4.
На поверхности растущего слоя происходят следующие реакции:
2ЭСl3+ЗН2«2Э (пар) +6НСl, (1.7)
Э (пар) « Э (тв. раствор), (1.8)
где Э — легирующий элемент (Р, В, Аs или Sb).
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.