Температурно - временной режим эпитаксии

I область насыщения раствора

II область кристаллизации

1 – контакт подложки с расплавом

2 – удаление расплава с подложки.

Примеси вводят в расплав.

При получении многослойных структур расплавы, входящие в контакт с подложкой, имеют различные составы.

Эпитаксия SiC

Основной материал в перспективе для опто-, силовой и СВЧ-электроники.

Эпитаксиальное наращивание проводят из газовой и жидкой фазы.

Эпитаксия из газовой фазы

А) Сублимационная перекристаллизации технического SiC в атмосфере Ar (2000°-2200°С) или в вакууме (1800°-1900°С).

Подложка отделена от источника тонкой газопроницаемой графитовой диафрагмой и имеет температуру на 50-60°С меньше. Возникающее пресыщение (3-4%) достаточно для эпитаксиального роста.

Б) Пиролиз метилтрихлорсилана (СН₃)Cl₃Si

(СН₃)Cl₃Si→SiC+3HCl при 1200-1500°С

Подложки – SiC, Si

Легирование N₂, B₂H₆ , BF₃ или AlCl₃, или Al(C₂H₅)₃

(д) (акц) (акц)

Так как SiC имеет несколько политипов, эпитаксия из газовой фазы не обеспечивает политропную однородность.

Эпитаксия из жидкой фазы – метод движущегося растворителя. На кристаллическую подложку и на кристалл-источник вакуумным напылением наносят ~100 мкм слой растворителя: Co, Fe, Ni, Cr, Ag, но лучше Se, Pr, Ду, Тв. Оба кристалла складывают в «сэндвич», помещают в графитовый нагреватель с градиентом температуры (Т_ист. > Т_подл.). Перенос вещества происходит диффузией через слой растворителя. Примеси Al, Ge введенные в растворитель обеспечивают «р»-тип, обычно это «n»- тип. Растворимость SiC в РЗЭ может достигать при 1850° - 30-60%

Оборудование для наращивания эпитаксиальных слоев

Установка УНЭС-2ПВ используется для наращивания эпитаксиальных слоев на Si-подложки по силановой технологии.

Состоит из шкафов газораспределения и управления, 2-х рабочих камер, скруббера, высокочастотного генератора, программного устройства. Реактор изготавливают из кварца, реже из Cr-Ni-сплава, держатели для подложек из графита или стеклографита. Нагревают током высокой частоты с помощью индуктора.

Количество обработанных подложек за 1 цикл:

при диаметре 60мм – 36 шт,

при диаметре 40 мм – 72 шт

Температурный рабочий диапазон 1100÷1350С.

Неоднородность температурного поля в зоне подложек ±10°С.

Максимальная скорость подачи газовой смеси – 0,3 м/с.

Мощность 150 кВт.

Масса – 1800кг.

Установки УНЭС-2П-КС и УНКС – имеют производительность в 2 раза больше. Их работа автоматизирована и процесс программируется.

Элионные технологии

Слово «элион» - производная от двух слов: электрон и ион.

Это технологии, использующие направленный перенос энергии электронными или ионными пучками (лучами).

Используется в процессах сплавления, легирования, сварки, микрофрезерования, засветки фоторезиста, разложения поверхностных соединений, распыления материалов.

Достоинства: легкость управления и автоматизации процесса.

Электронный луч применяют для термических и нетермических процессов.

При сплавлении разлагающихся веществ с полупроводниками, испарении, сварке корпусов, сверлении и т.п. мощность луча может быть > 10⁹ Вт/см².

Для процессов анализа и контроля (сканирующая электронная микроскопия) мощность электронного луча достаточно мала.

Ионный пучок используют для ионного легирования путем управляемого введения атомов в поверхностный слой для создания электронно-дырочных переходов в биполярных МОП-транзисторах (металл – окисел-полупроводник).

Регулируя по заданной программе с помощью электронных и магнитных полей энергию и дозу ионов, можно в широких пределах изменять концентрационный профиль распределения примеси в легированном полупроводниковом слое. Это является важным преимуществом ионного легирования. При бомбардировке ионами в полупроводник вводят примеси, которые нельзя ввести иным способом, при этом можно создать концентрацию примеси, значительно превышающую их растворимость в равновесных условиях, а область легирования может иметь очень четкие границы. Температура процесса может быть комнатной. Процесс очень быстротечен.

После ионного легирования полупроводниковые пластины необходимо отжигать для устранения радиационных дефектов (для Si - 700°C, τ = 30мин.).

Недостатки:

 малая глубина проникновения примесных ионов – «p-n» переходов,

 сложность и высокая стоимость оборудования,

 необходимость в специальных требований по технике безопасности (высокое напряжение).