Crearea epitaxială a filmelor de siliciu, lucrări gratuite de curs, rezumate și teze

Producția unor astfel de filme se bazează pe metoda creșterii epitaxiale, care se referă la creșterea orientată a unui strat cristalin de materie pe suprafața unui alt cristal, cu reproducerea orientării cristalului a substratului. În acest caz, caracterul distribuției impurităților și defectelor dopajului în stratul epitaxial joacă un rol decisiv în determinarea proprietăților IC obținute pe baza lor.







Pentru a obține astfel de filme, se folosesc diferite metode de creștere epitaxială:

4) epitaxia moleculară (fascicul molecular - MBE)

și unele dintre variațiile lor.

Ideal este un proces care oferă rezultate omogene, reproductibile la temperaturi relativ scăzute și vă permite să produceți filme cu o structură perfectă, productivă, economică și sigură.

În același timp, cerințele impuse de microelectronică asupra structurilor epitaxiale se referă la parametrii principali ai filmelor:

1) concentrațiile minime de impurități necontrolate reziduale prezente în timpul creșterii filmei în faza gazoasă;

2) reproductibilitatea concentrației dopantului introdus în faza gazoasă, precum și uniformitatea distribuției de impurități în film;

3) perfecționarea strictă a filmelor, i. E. lipsa în volumul lor de puncte, defecte liniare, de suprafață și încălcări ale periodicității structurii lor cristaline;

4) perfecțiunea strictă și minimizarea regiunii de tranziție "substrat-film"

5) asigurarea uniformității grosimii filmului pe întreaga suprafață a plăcii.

Fluctuațiile nu trebuie să depășească 10%.

Metoda de epitaxie a transportului de gaze, care a găsit cea mai largă aplicație în tehnologia modernă pentru crearea IMS, este conformă în totalitate cu toate cerințele de mai sus.

În prezent, pentru formarea epitaxială a siliciului, se folosesc în principal două procese:

1) reducerea tetraclorurii de siliciu cu hidrogen la o temperatură de 1150-1200 ° C

2) descompunerea termică a silanului la o temperatură de 1050 ° C

Utilizarea reacției (3.1) prezintă un dezavantaj semnificativ în comparație cu reacția (3.2), astfel încât siliciu precipitat intră în reacția reversibilă cu tetraclorură de siliciu pentru a forma subchloride.

Aceasta duce la gravarea suprafeței la concentrații mari de SiCl4. Reaction (3.Z) într-un sens opus față de reacția de depunere, și, prin urmare, rata de creștere a filmului epitaxială este suma ratelor acestor două procese. Desigur, că procesul de gravare suprafața de curgere a depunerilor de siliciu este extrem de nedorite și elimină capacitatea de creștere epitaxială prin selectarea temperaturii, concentrația molară inițială a SiCI4 H2 și debitul de hidrogen.

Un alt dezavantaj mai semnificativ de creștere epitaxială, ca metodă de reducere inerentă a tetraclorurii de siliciu și metoda silan de descompunere este o penetrare reciprocă a filmului de substrat și impuritățile conținute în substrat și pelicula în creștere. Redistribuirea de impurități în timpul creșterii epitaxială a diferitelor structuri precum și pentru operațiunile ulterioare tormoobrabotki este una dintre principalele probleme în obținerea unui film epitaxială omogen, cu o grosime de 1-1,5 microni, ceea ce este necesar pentru a crea scară foarte mare și de mare viteză IC, cu o densitate mare de elemente.







Principalele mecanisme de redistribuire a concentrațiilor de impurități în timpul operațiilor de epitaxie și de tratare termică sunt:

1 difuzie reciprocă în faza solidă a materialelor stratului și a substratului în fiecare dintre ele, precum și impuritățile conținute în acestea;

2 transferul impurității din partea din spate a substratului în faza gazoasă și încorporarea ulterioară în stratul de creștere;

3 din partea superioară a stratului substrat sau epitaxial după începerea creșterii în faza gazoasă, urmată de includerea inversă a impurităților în stratul de creștere;

4 transferul impurităților din partea superioară a substratului în faza gazoasă, datorită gravării suprafeței la începutul procesului și încorporarea ulterioară în filmul în creștere (2-4 auto-doping).

Ca urmare a acestei redistribuiri difuze, distribuția inițială a concentrațiilor de impurități suferă o schimbare semnificativă.

Trebuie remarcat faptul că natura modificării distribuției impurităților depinde în mare măsură de concentrația de impurități din substrat. Astfel, în cazul unui substrat puternic dopat, distribuția concentrației scade exponențial de la limita stratului de substrat la volumul stratului. Având în vedere că în prezent folosit de filmul epitaxiale, exprimat pe un substrat care are atât de mare aliat și regiunea slab aliat, redistribuirea concentrației în filmul epitaxială peste fiecare dintre regiuni are propriul său caracter.

Un aspect important care afectează redistribuirea impurităților în stratul epitaxial este perfecțiunea suprafeței originală a substratului, substratul deoarece orice neomogenitati sunt reproduse în film, ceea ce duce în final la o modificare a coeficientului de difuzie a impurităților în stratul limită al interfeței film substrat epitaxiale. De exemplu, studiile realizate în redistribuirea profilului impurităților prin tratament termic (T = 1200 ° C, t = 45 min) în straturile de siliciu crescute pe substraturi de siliciu puternic dopate cu arsenic a arătat că valorile măsurate ale coeficientului de difuzie al dopant în zona de frontieră de 3-8 ori mai mari decât valorile în adâncimea stratului. S-a constatat că valorile anormal de ridicate ale coeficientului de difuzie al macrodefects cu densitate ridicată cauzată, rezultând într-un strat cu epitaxie pe un substrat puternic dopat. Pentru a elimina acest fenomen, de obicei, înainte de epitaxie wafer tratate termic la T = 1200 ° C, și gravarea suprafeței în HK1, care la rândul său, sporește rolul auto doparea (migrarea impuritățile de pe suprafața substratului în amestecul de gaz și încorporarea ulterioară a impurităților în stratul de creștere) în timpul realocarea aduce un film epitaxial în creștere. Astfel, atunci când crește straturile prin reducerea SiCl4. chiar dacă luăm măsuri pentru a limita difuzarea de substrat înalt aliat, o grosime a stratului de 2-3 microni interfacială este aproape întotdeauna substrat foarte dopat. Astfel, procesul de auto-dopaj este o problemă specifică procesului epitaxia folosind atât siliciu metoda de recuperare a tetraclorurii și o metodă care utilizează descompunerea silan, cu toate că în acest din urmă caz, este posibil să se obțină p ascuțite și p + și n + tranziții -n, lățimea care este definită în în principal prin procesele de difuzie în faza solidă.

Pentru a reduce efectul de difuzie de substrat în stratul de creștere a două căi pot fi utilizate. În primul rând, alegerea materialului pentru dopaj substrat având un coeficient de difuzie minim, de exemplu substrat de tip n trebuie să fie dopat cu arsen sau antimoniu. O altă modalitate de a scădea temperatura procesului de creștere epitaxială și, prin urmare, alegerea unei astfel de metode de straturi în creștere, care ar permite să se lucreze la temperatura minimă a substratului. Astfel de procese ar permite, de asemenea, și pentru a preveni mecanismul de auto-doping, care, în cele din urmă, ar rezolva problema de a obține un strat epitaxial subțire, cu o grosime de 1 mm și având o distribuție uniformă pe toată grosimea impurității. Un exemplu de astfel de proces este de a utiliza un procedeu în două etape (cu însămânțare), atunci când stratul nucleaŃie se efectuează la o temperatură ridicată, iar procesul de bază este efectuată la o temperatură de 850 ° C Un astfel de proces permite de a scăpa de difuzie de substrat în stratul de creștere și prin acoperirea partea din spate a SiO2 substratului și SiC și suportul de substrat de grafit al auto doparea, utilizarea unei astfel de metode nu este posibilă obținerea unei straturi epitaxiale puternic dopate cu regiunea de tranziție Lățimea epitaxial substratul de film 0,1-0 2 microni.

Cu toate acestea, folosind un proces în două etape necesită foarte mult timp să crească stratul epitaxial (câteva ore), datorită utilizării la temperaturi scăzute, ceea ce reprezintă o limitare mare pentru utilizarea sa în producția de masă a IC.

Astfel, este necesar să caute modalități de obținere subțire (1 micron) strat epitaxial de siliciu având o distribuție uniformă de impurități în toată grosimea și având o lățime minimă a stratului de tranziție substratul de film epitaxială.







Articole similare

Pagina anterioară

Pagina următoare

Trimiteți-le prietenilor: