Підготовка поверхні підкладки при МПЕ
Ключова проблема для МПЕ кремнію – очищення кремнієвих поверхонь, бажано при як можливо нижчій температурі. Для очищення поверхні можна використовувати травлення її пучком іонів аргону з енергією 1 КеВ і наступне відпалювання при 1120 К. Але травлення кремнієвої підкладки, покритої природним оксидом, приводить до сильного ушкодження поверхні й концентрація дефектів, що утворилися,не може бути знижена до рівня, необхідного для проведення експериментів по аналізі поверхні[12].
Методика підготовки поверхні включає в себе п'ятихвилинний прогрів при 870 К, двоххвилинний прогрів при 1170 К, помірне травлення іонами аргону (1 КеВ, кут між пучком іонів і нормаллю до поверхні 70°), відпалювання при 1370—1520 К протягом 3 хв із наступним охолодженням зішвидкістю 10 К/хв [13]. Основний недолік цього методу - порівняно висока температура відпалювання, що може негативно вплинути на електрофізичні властивості пластин, а якщо в структурі втримується легований шар, то привести доразмиття профілів легування. Для подолання цих труднощів нами були досліджені можливості застосування двох нових способів підготовки поверхні[13].
Перш за все для отримання атомно-чистих упорядкованих поверхонь можна використати імпульсне лазерне опромінення поверхні. У спектрах,отриманих у режимі dN(E)/dE, спостерігаються піки кремнію, вуглецю й кисню. Ні на якій стадії підготовки поверхні не можна буловиявити інші елементи. У спектрі зразка безпосередньо після завантаженняспостерігається пік ОЭС кремнію, характерний для поверхні, покритої природним оксидом [14].
|
|
|
Виділяється також деяка кількість вуглецю. Після помірного іонного травлення й термічного відпалювання відношення інтенсивностейпіків С, О до інтенсивності піка кремнію зменшується до значення 5-103, що відповідає межі чутливості. Чисті поверхні були отримані після 5—8 лазерних імпульсів по 1,5Дж/см2 [15]. Для порівняння наведений оже–спектр, отриманий після вирощування методомМПЕ при 870 К плівки кремнію товщиною 10 нм [16].
Інший низькотемпературний метод очищення полягає в хімічній взаємодії Si2 з молекулярним пучком кремнію при температурі 1120 К. Було показано, що ця реакція приводить до одержання вільної від кисню поверхні Si.
Si2 + Si = Si (3.1)
Видалення вуглецевих і кисневих забруднень проводилося шляхом нагрівання поверхні до 1120 К й опромінення її потоком кремнію малої інтенсивності. Протягом 10 хв на зразок було спрямовано 10 імпульсів інтенсивністю 1,6×1015 атом/см2, що відповідало б вирощуванню плівки кремнію товщиною 3 нм. Насправді кремній не прилипає до поверхні, а взаємодіє із природним окислом Si2 і десорбується у вигляді Si.
|
|
|
Температури проведення кремнієвоїепітаксії при МПЕ
Якщо під час росту зберігаються умови надвисокого вакууму й ріст здійснюється на чистих поверхнях кремнію, для МПЕкремнію необхідні температури 850-1100К, тобто істотно нижче температур, необхідних для газофазної епітаксії (ГФЕ) (1250-1450 К) [6]. Крім того, різко відрізняються не тільки температури ГФЕ й МПЕ, але й закономірності процесу росту[18]. При ГФЕ швидкість росту зменшується при зменшенні температури росту, у випадку ж МПЕ швидкість роступостійна в дуже широкому діапазоні температур[19].
У процесі росту кремнію можна виділити два етапи. На першому етапі атом кремнію вдаряється об поверхню Si, прилипає до неї і термалізується. На другому етапі він дифундує по поверхні до місця вбудовування, що може бути, наприклад, щаблем. У рамках теоріїБКФ верхня межа енергії активації поверхневої дифузії E < 1,1 еВ[20].
1.
2.
3.
3.1.
3.2.
Легування плівок в процесі МПЕ
Легування в процесі МПЕ здійснюється двома способами. Перший заснований на випаровуванні легуючої домішки і розміщенні її в кристалічній решітці за механізмом, аналогічним процесу росту кремнію. В якості джерел домішки використовують сурму Sb, галій Ga або алюміній Аl. При виборі легуючих домішок визначальними є значення швидкості осадження атомів і коефіцієнта акомодації. Малі значення коефіцієнта акомодації свідчать про високу ймовірність процесу десорбаціїдомішки з підкладки, тобто, про труднощі утворення зародків на її поверхні. Наявність температурної залежності коефіцієнта акомодації викликає необхідність точного підтримання температури підкладки [21].
|
|
|
При іншому способі легування використовується процес іонної імплантації. У цьому випадку для легування шару, що нарощується, застосовують іонні пучки струмом 1 мкА з енергією 0,1-3,0 KеВ. Низька енергія імплантації забезпечує введення домішки на невелику глибину під поверхню шару, що нарощується, і внесення її у кристалічну решітку. При цьому способі легування поряд з сурмою, галієм і алюмінієм можливе використання таких домішок як бор, фтор і миш'як.
Застосування іонного легування в процесі МПЕ дозволяє отримувати складні профілі легування, що практично неможливо здійснити, використовуючи методи епітаксії з парогазової фази. У той же час впровадження МПЕ в технологічний процес виготовлення інтегральних мікросхем та напівпровідникових кремнієвих приладів довгий час стримувалося відсутністю необхідного промислового обладнання. В останні роки налагоджено випуск систем для проведення процесу МПЕ, які відрізняються високою вартістю і складністю [21].
РОЗДІЛ 4
Дата добавления: 2018-05-02; просмотров: 153; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!