71) Методы кристаллизации из газовой фазы. Эпитаксия.

Методы кристаллизации из газовой фазы применяют для синтеза полупроводниковых соединений при помощи химических реакций, в которые вступают газообразные вещества, содержащие компоненты соединений, а также для получения эпитаксиальных пленочных структур из элементарных полупроводников. Пленка образуется в результате кристаллизации полупроводникового материала из газовой фазы на холодной подложке. При помощи этих методов можно получать эпитаксиальные структуры, используемые в планарной технологии микроэлектроники.

Эпитаксия – ориентированное наращивание пленочного слоя на поверхности подложки.

Процесс протекает в кварцевом реакторе 1 при Т = 1200 °С. Подложками 2 служат кремниевые пластины, вырезанные из слитков и подвергнутые механической и химической полировке. Подложки размещают на графитовой подставке 3 и нагревают с помощью высокочастотного индуктора 4.

Перед началом осаждения подложки подвергают травлению по обратной реакции при избытке паров НСl. Травление позволяет получить чистую неокисленную поверхность полупроводника. Скорость роста пленки регулируется соотношением газовых потоков и температурой. Таким методом обычно формируют слои толщиной 0,2-20 мкм.

Легирование пленок производят из паров соединений, содержащих примесные элементы (РСl3, ВВr3, AsH2 и т.д.).

Наряду с монокристаллическими материалами для создания полупроводниковых приборов и микросхем применяют поли- кристаллические и аморфные. Последние имеют ряд перспективных применений, в частности, для производства солнечных батарей.

72) Формирование кремниевых эпитаксиальных пленок.

При образовании эпитаксиальных пленок определяющую роль играют вид и состояние поверхности подложки, ее температура, скорость осаждения пленки, вид и концентрация примесей. Благодаря эпитаксиальным методам стала возможной не только миниатюризация дискретных полупроводниковых приборов, но и революционный переход к производству ИМС.

В качестве примера рассмотрим формирование кремниевых эпитаксиальных пленок. Их получают при восстановлении тетрахлорида кремния по реакции

SiCl4 +2Н2  Si + 4НСl

73) Метод получения р-n перехода

Для производства качественных полупроводниковых приборов и ИМС важно получение совершенных монокристаллов и р–n переходов. Для формирования р-п-переходов применяют либо диффузионное легирование, либо технологию ионной имплантации.

При ионной имплантации легирующая примесь вводится в полупроводниковую подложку при бомбардировке ионами легирующей примеси. Ионная имплантация более дорогостоящая и менее производительная, чем традиционное диффузионное легирование, но при этом обладает рядом преимуществ:

• существенно выше точность формирования профиля распределения введенной в полупроводник легирующей примеси;

• процедура, при которой в полупроводниковую подложку «вбиваются» ионы легирующей примеси, позволяет создавать в подложке концентрации примесей, многократно превышающие пределы растворимости данных веществ;

• снижена термическая нагрузка на легируемую пластину и, как результат, уменьшена вероятность коробления пластины.

1. Выращивание на поверхности низкоомной (n+) кремниевой подложки эпитаксиальной высокоомной (n) пленки.

2. Окисление поверхности (получение пленки SiO2) и нанесение фоторезиста – пленки фоточувствительного вещества – для проведения процессов фотолитографии (пленка фоторезиста на рисунке не показана).

3. Получение окна в пленке диоксида кремния в результате обработки пластины травителем.

4. Образование p-области при диффузии акцепторной примеси, например галлия. Глубина проникновения примеси определяется температурой нагрева и временем диффузионного процесса.

5. Повторение этапов 2, 3 и получение n-области в имеющейся (п. 4) p-структуре при диффузии донорной примеси, например, сурьмы.

Оба р–n-перехода (полученных на этапах 1-4 и 2, 3, 5) выходят на одну плоскость, благодаря чему технология и получила название планарной. Необходимо отметить, что на одной пластине одновременно можно создать десятки и сотни тысяч таких структур, что является определяющим при изготовлении ИМС. Диффузия примесей может проводиться из твердой, жидкой и газовой фаз.