Что даёт эпитаксиальная плёнка?




- высокоомная плёнка на низкоомной подложке увеличивает коэффициент усиления и снижает мощность рассеяния биполярного транзистора

- снижаются экономические затраты

- уменьшается сопротивление омического контакта обратной стороны

- расширяются технологические возможности

Основа метода:

высокотемпературное разложение кремнийсодержащих газов с выделением (осаждением) кремния в твёрдой фазе

Хлоридный метод:

SiCl4 + 2H2 → SiТВ + 4HClГАЗ

Силановый метод:

SiH4 → Si + 2Н2

Структура установки газофазной эпитаксии кремния

Кинетика роста эпитаксиальной пленки

Используемые кремнийсодержащие реагенты:

- SiCl4 – тетрахлорид кремния

- SiHCl3 – трихлорсилан

- SiH2Cl2 – дихлорсилан

- SiH4 –силан

Наиболее изучен и используется в промышленности – SiCl4

Суммарная реакция – водородное восстановление Si из SiCl4

SiCl4ГАЗ + 2H2ГАЗ (1200°С)→ SiТВ + 4HClГАЗ

В зависимости от температуры реакция может пойти по разному:

SiCl4 + H2 ↔ SiHCl3 + HClГАЗ

SiHCl3 + H2 ↔ SiH2Cl2 + HClГАЗ

SiH2Cl2 + H2 ↔ SiCl2 + H2

SiHCl3 ↔ SiCl2 + HClГАЗ

SiCl2 + H2 ↔ Si + 2HClГАЗ

При низких и высоких температурах скорость роста отрицательна, т.е. начинается процесс травления

Механизм наращивания плёнки

- подход молекулы SiCl4 и Н2 к поверхности

- адсорбция молекул SiCl4 и Н2

- реакция SiCl4 + Н2 на поверхности

- десорбция продукта реакции HCl

- упорядочение атомов Si в решётке

Энергия активации процесса 5эВ соответствует энергии самодиффузии Si

Попытка значительно увеличить скорость роста плёнки приводит к росту поликремния !

Процессы массопереноса в эпитаксиальном реакторе. Число Рейнольца. Толщина пограничного газового слоя

Основные параметры массопереноса

Толщина пограничного слоя

У=(DrX / Re)1/2

Х – расстояние вдоль оси реактора от входа

- реагенты диффундируют из пограничного слоя к подложке

- продукты реакции диффундируют от подложки в пограничный слой и уносятся газовым потоком

Поток реагентов к подложке

J=D dn/dy

Вывод: для достижения равномерного осаждения плёнки необходимо поддерживать постоянным поток J путём поддержания dn/dy = const, т.е. конструкцией реактора

Число Рейнольдса – параметр, описывающий характер течения газа в реакторе

Re=Drvρ / μ

ρ – плотность газа, μ – вязкость, v – скорость течения, Dr – диаметр реакторной трубы

При Re > 2000 поток турбулентный

Re < 2000 поток ламинарный

Вывод: ламинарность потока, обеспечивающая однородность осаждения по площади подложек обеспечивается вариацией геометрии реактора для конкретного газа

Формирование пограничного слоя газа с уменьшением скорости течения газа у стенок трубы

Основные типы газофазных эпитаксиальных реакторов

Горизонтальный реактор

Колоколообразный реактор

Вертикальный (баррельный) реактор

Используемые газы

- продувочный газ ( азот, либо аргон)
- перед процессом нанесения продувают реактор для удаления воздуха

- газ носитель – водород – газ, в котором разбавляют реагент SiCl4 или SiН

- газ травитель – обычно HCl – для очистки подложки непосредственно перед нанесением плёнки

- легирующий газ – газ, содержащий легирующую примесь (бор, фосфор)

- реагент – SiCl4 … SiН4 – газ, содержащий кремний





©2015-2017 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.

Обратная связь

ТОП 5 активных страниц!