Выращивание гетероэпитаксиальных пленок кремния

При гетероэпитаксии осуществляется ориентированный рост вещества на пластинке, материал которой очищается по своему химическому составу от наращиваемого слоя. Если пластина — изолирующий материал, то конечной целью гетероэпитаксии является обеспечение взаимной изоляции элементов структуры, формируемой в эпитаксиальном слое.

Наибольшее распространение получили гетероэпитаксиальные слои кремния на сапфире (Si—Аl2O3) и на шпинели (Si—MgO Al2O3).

Другой способ реализации такой структуры (пока еще не вполне совершенный) — нанесение кремния на аморфную подложку. Гетероэпитаксия на изолирующих пластинах применяется для создания мощных или высокочастотных микросхем, а также получила широкое применение в производстве МДП-структур (металл—диэлектрик—полупроводник). В начале главы мы уже рассмотрели вопросы сопряжения решеток при гетероэпитаксии и определили, что при наращивании кремния на сапфире наиболее часто реализуются следующие ориентационные соотношения: Si(100)//Al2O3(1012), Si(111)//Аl2O3 (0001) или Si(111)//Аl2O3(1010). При кристаллизации кремния на плоскостях шпинели (100), (110), (111) слои кремния имеют параллельную ориентацию (100), (110), (111) соответственно.

Рост пленок обычно ведут по хлоридной или гидридной технологии, однако при наличии в парогазовой смеси хлоридов слишком вероятно загрязнение пленки алюминием, выступающим в ней как акцепторная примесь. Наиболее часто употребляется гидридный (силановый) метод. Газовую очистку подложек проводят в атмосфере водорода при T=1100— 1200° С по реакции
2+Аl2O3→Аl2O+2Н2O↑.
Скорость травления невелика, при 1200° С она составляет порядка v≈3*10-3 мкм/мин и иногда температуру повышают до 1650° С (v=0,3 мкм/мин), что создает определенные технологические трудности. На начальной стадии образования гетероэпитаксиальной пленки, как уже говорилось, возникают центры кристаллизации (зародыши), затем происходит рост островков и их слияние в сплошную пленку. В дальнейшем рост пленки обусловлен процессом автоэпитаксии.

Верхний предел рабочих температур процесса наращивания составляет 1150—1170° С, так как при более высоких температурах из-за активного химического взаимодействия кремния и водорода с пластиной и образования вследствие этого летучих соединений алюминия на подложке образуется поликристаллическая пленка кремния. Для снижения уровня автолегирования рост пленок ведут на повышенных до 10 мкм/мин скоростях. С этой же целью вместо сапфировых применяют, как будет показано ниже, подложки из кристаллов шпинели.

Эффект автолегирования более резко выражен при наращивании пленки на сапфировые пластины и усиливается с повышением температуры процесса при условии постоянства скорости осаждения (рис. 1).

Для ослабления эффекта автолегирования стремятся снизить температуру процесса и повысить скорость наращивания. Однако в силоновом методе это приводит, как правило. к снижению степени структурного совершенства пленки. Более радикальный путь лежит в использование химически менее активных материалов в качестве пластины, а также других методов наращивания пленки, например, метода МЛЭ (молекулярно-лучевой эпитаксии).

Зависимость степени автолегирования от температуры
Рис. 1. Зависимость степени автолегирования от температуры

Гетероэпитаксиальные слои характеризуются высокой плотностью различных дефектов, таких, как дефекты упаковки, дислокации несоответствия и дислокации скольжения. Обнаружено, что плотность дефектов в слое обратно пропорциональна расстоянию от поверхности сапфировой подложки.

Более низкое структурное совершенство гетероэпитаксиальных слоев по сравнению с автоэпитаксиальными объясняется несоответствием типов кристаллических решеток слоя и подложки, химическим воздействием материала подложки и газовых смесей, процессами автолегирования, различием ТКР слоя и подложки.


Оставить комментарий





Статистика

Рейтинг@Mail.ru