Силановый метод эпитаксии.

Силановый метод основан на использовании необратимой реакции термического разложения силана:

Совершенные эпитаксиальные слои получаются при температурах 1000° -1050°С, что на 200° - 150°С ниже, чем в хлоридном методе. Это уменьшает нежелательное проникновение примеси из пластины в эпитаксиальный слой, что позволяет изготавливать эпитаксиальные структуры с более резкими границами переходов.

Скорость роста слоев выше, чем в хлоридном методе.

К недостаткам метода относятся самовоспламеняемость и взрывоопасность силана, поэтому на практике применяют силан в смеси с водородом. При содержании силана менее 5 % смесь не самовоспламеняется.

После проведения процесса эпитаксии контролируют толщину, удельное сопротивление, плотность структурных дефектов эпитаксиального слоя.

Тема: Окисление Урок Термическое окисление.

Процесс окисления, стимулируемый нагревом до высоких температур, принято называть термическим окислением.

Метод термического окисления применяют для получения:

1. маскирующих пленок на кремнии;

2. изоляции элементов ИМС;

3. пленок подзатворного окисла для МОП - транзисторов.

Кремний обладает большим сродством к кислороду, поэтому уже при комнатной температуре поверхность кремния покрыта пленкой SiO₂ толщиной 10 – 50 Å. Для увеличения толщины этой пленки необходима термическая стимуляция окисления.

Процесс получения термического окисла можно разбить на четыре этапа:

1. доставка окислителя к подложкам и адсорбция частиц окислителя поверхностью;

2. диффузия окислителя сквозь пленку SiO₂ к поверхности кремния;

3. химическое взаимодействие окислителя с кремнием с образованием SiO₂;

4. удаление продуктов реакций.

В качестве окислителя применяют сухой или влажный кислород.

При использовании сухого кислорода на поверхности кремния идет реакция:

При использовании влажного кислорода идет еще дополнительная реакция:

В сухом кислороде пленка растет медленно (0,01 - 0,09 мкм/час), но имеет качественную структуру.

Во влажном кислороде пленка растет быстрее (0,2 - 1,2 мкм/час), но имеет пористую структуру, плохие свойства границы раздела между Si и SiO₂.

Чем выше температура процесса, тем выше скорость роста пленки SiO₂.

На образование пленки SiO₂ расходуются атомы кремния, поэтому исходная поверхность подложки в процессе окисления движется вглубь пластины. Внешняя поверхность окисла движется вверх за счет больших размеров молекул SiO₂ (по сравнению с атомами Si).

Схема процесса термического окисления кремния.

Этапы процесса:

1. продувка камеры азотом для вытеснения воздуха;

2. нагрев рабочей зоны до предварительной температуры;

3. медленная загрузка лодочки с пластинами в рабочую зону;

4. нагрев печи с заданной скоростью до рабочей температуры;

5. подача сухого или влажного кислорода (кислород проходит сквозь воду, захватывая пары воды);

6. выдержка пластин в течение заданного времени;

7. охлаждение печи и медленная выгрузка пластин.

Температура в рабочей зоне поддерживается с точностью 0,5°С.

Процесс проводят способом открытой трубы (при атмосферном давлении).

Время процесса определяется толщиной слоя SiO₂

Предварительный нагрев печи и медленная загрузка и выгрузка пластин уменьшают градиент температуры по радиусу пластин, т.е. уменьшают термические напряжения, приводящие к изгибу пластин.

Основные недостатки термического окисления:

1. высокая температура процесса, которая может привести к изгибу пластин; к появлению дефектов; к перераспределению примесей, введенных в пластину на предыдущих операциях;

2. невысокие скорости роста пленок.

Значительно уменьшить температуру или время процесса позволяет термическое окисление при повышенном давлении. Это объясняется увеличением концентрации окислителя и соответственным возрастанием скорости окисления кремния. Основной недостаток этого метода - сложность создания герметичных и прочных камер.