2.1. Эпитаксия
Эпитаксия - процесс наращивания на кристаллической подложке атомов,
упо¬рядоченных в монокристаллическую структуру, с тем чтобы структура
нара¬щиваемой пленки полностью повторяла кристаллическую ориентацию подложки.
Если подложка и наращиваемая пленка состоят из одного вещества, то процесс
называют автоэпитаксиальным, если из различных веществ, то гетероэпитаксиальным.
Основное достоинство техники эпитаксии - получение чрезвычайно чис¬тых пленок
при сохранении возможности регулирования уровня легирования. Леги¬рующая примесь
может быть как n-, так и p-типа независимо от типа подложки.
Схема установки для газовой эпитак¬сии показана на рис. 2.12.
Газообразный водород с примесью SiCl контролируемой концентрации про¬пускается
через реактор, в котором на графитовом основании расположены кремниевые
пластины. Индукционным нагревом с помощью высокочастотных катушек графит
прогревается до высокой температуры (>1000 °С). Эта температура необходима для
обеспечения правильной ориентации осаждаемых атомов в решет¬ке и получения
монокристаллической пленки.
В основе процесса лежит реакция SiCl + 2Н2 = Si (твердый) + 4НСl.
Рис. 2.12. Схема установки для газовой эпитаксии
Для получения эпитаксиального слоя п-типа используются жидкие (РС1, РВг3) или
газообразные (РН3) легирующие ве¬щества, содержащие фосфор или другие элементы
этой группы. Слой р-типа полу¬чают в результате легирования кремния бором или
его соединениями.
К газовой эпитаксии относится также конденсация на подложке разреженных паров
вещества. Этот способ называется еще вакуумной, или молекулярно-лучевой,
эпитаксией. Кремний испаряется из жидкой или твердой фазы и конденсиру¬ется на
нагретую до заданной температу¬ры монокристаллическую подложку. Ато¬мы кремния
вследствие высокой темпера¬туры диффундируют в ее поверхность в те места
решетки, где минимум свободной энергии. Таким образом образуется эпитаксиальный
слой. В промышленности применяют од¬нокамерные и двухкамерные установки
молекулярно-лучевой эпитаксии. Послед¬няя проводится в сверхвысоком вакууме (10-
10...10-11 Па) и основана на взаимо¬действии нескольких молекулярных пуч¬ков с
нагретой монокристаллической под¬ложкой. Этот процесс иллюстрируется на рис.
2.13.
Каждый нагреватель содержит ти¬гель, являющийся источником одного из составных
элементов пленки.
Температура каждого нагревателя выбирается таким образом, чтобы давле¬ние паров
испаряемых материалов было достаточным для формирования соответ¬ствующих
молекулярных пучков. Нагре¬ватели располагаются так, чтобы макси¬мумы
распределений интенсивности от¬дельных пучков пересекались на подлож-
Рис. 2.13. Система источников-нагревателей для молекулярно-лучевой эпитаксии