Субмикронные интегральные схемы: элементная база и проектирование. Рындин Е.А - 8 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТТИ ЮФУ | Таганрог

Составители: 

Рубрика: 

15
1.1.2. Молекулярно-лучевая эпитаксия
Эпитаксией называют процесс наращивания монокристаллических слоев на
полупроводниковую подложку, при котором кристаллографическая ориентация на-
ращиваемого слоя повторяет кристаллографическую ориентацию подложки [23, 25].
Разработка технологии эпитаксиального наращивания была вызвана необхо-
димостью формирования тонких монокристаллических однородно легированных
слоев. Получение таких слоев столь же высокого качества иными средствами, на-
пример диффузией или ионной имплантацией, невозможно. В отличие от диффузии
и ионного внедрения, при которых требуемая концентрация примесей образуется за
счет перекомпенсации исходной примеси, эпитаксия дает возможность получать
слои в широком диапазоне удельных сопротивлений, не зависящих от степени ле-
гирования пластины.
Особенно важную роль эпитаксия играет в технологических процессах про-
изводства СБИС, элементной базой которых являются сверхбыстродействующие
гетеропереходные транзисторы, имеющие сложную слоистую структуру с толщиной
монокристаллических полупроводниковых слоев до 2 – 25 нм [23, 28]. Для обеспе-
чения стабильности характеристик и малого разброса параметров интегральных
транзисторов по пластине, определяющего выход годных кристаллов СБИС, предъ-
являются очень высокие требования к качеству наращиваемых полупроводниковых
слоев, обеспечить выполнение которых в современной микроэлектронной техноло-
гии способна только молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ).
По сути, МЛЭ представляет собой эпитаксию посредством испарения в
сверхглубоком вакууме. Но, в отличие от обычной эпитаксии, использующей дан-
ный механизм, в установках МЛЭ поддерживается вакуум порядка 10
-8
Па при отно-
сительно низких температурах (³ 600
о
С), что позволяет формировать слоистые мо-
нокристаллические структуры, имеющие сложный профиль концентрации приме-
сей. Принцип МЛЭ состоит в непосредственном управлении пучками атомов тре-
буемых веществ, испускаемых нагревателями, которые могут быть перекрыты при
изменении типа выращиваемого кристалла.
Важной особенностью МЛЭ является низкая скорость роста пленки (6 - 60
нм/мин), что снижает производительность процесса, но позволяет повысить качест-
во и с высокой точностью контролировать толщину эпитаксиальных слоев. Типич-
ный пример установки МЛЭ приведен на рис. 6 [23].
Пучок молекул кремния формируется при помощи источника с нагревом
электронным лучом. Для наращивания легированных слоев используются ячейки,
содержащие примеси и снабженные резистивными нагревателями. Поскольку про-
цесс наращивания происходит в сверхвысоком вакууме, испарительные элементы
окружены охлаждающими устройствами с жидким азотом во избежание загрязнения
объема реактора молекулами нагреваемых конструкций.
16
Рис. 6. Пример установки МЛЭ
Установка испарения кремния электронным пучком, схематически показан-
ная на рис. 7, состоит из одной или нескольких электронных пушек, электростатиче-
ского экрана, источника магнитного поля, источника испаряемого вещества, осно-
вания с водяным охлаждением [23].
Электронный луч с током 100 - 500 мА эмиттируется электронными пушка-
ми, находящимися вне поля прямого видения со стороны испаряемого вещества, и
ускоряется высоким напряжением 3 - 10 кВ. При помощи электрического или маг-
нитного полей лучи направляются на маленький участок испаряемого вещества, в
результате чего оно локально плавится и интенсивно испаряется. При этом само
испаряемое вещество образует тигель. Разогретый до температуры плавления испа-
ряющийся материал не контактирует непосредственно с элементами конструкции
установки, что значительно снижает загрязнения и является важным преимущест-
вом данного метода нагрева (см. рис. 7).

Страницы