A gázfázisú epitaxia félvezető epitaxiális rétegeinek előállítása gőz - gáz fázisból történő leválasztással . Leggyakrabban a szilícium , germánium és gallium-arzenid félvezető eszközök és integrált áramkörök technológiájában használják [1] , [2] .
Az eljárást atmoszférikus vagy csökkentett nyomáson , speciális függőleges vagy vízszintes típusú reaktorokban hajtják végre. A reakció 400-1200 °C-ra melegített szubsztrátok ( félvezető lapkák ) felületén megy végbe (a leválasztási módszertől, a folyamat sebességétől és a reaktorban uralkodó nyomástól függően ). A hordozók melegítése infravörös sugárzással , indukciós vagy rezisztív módszerrel történik. A folyamat hőmérsékletének az adott leválasztási feltételek határértéke alá történő csökkentése polikristályos réteg kialakulásához vezet. Másrészt lehetővé teszi az epitaxiális réteg és a szubsztrát közötti diffúziós átmeneti tartomány szélességének csökkentését, aminek jelenléte rontja a kapott eszközök jellemzőit .
Az epitaxiális szilíciumrétegek gázfázisú epitaxiás módszerrel történő előállításának két fő módja van:
Ha szilícium-tetrakloridot használunk forrásként, az általános reakció a következőképpen írható fel:
SiCl 4 + 2H 2 (száraz) \u003d Si + 4HCl
A reakció reverzibilis, és a hőmérséklet és/vagy a kloridkoncentráció növekedésével az ellenkező irányba indul el. A triklór-szilán és a diklór-szilán redukciós reakciói a szilícium-tetraklorid hidrogén-redukciós reakciójának közbenső termékei. Ezért szilíciumforrásként való felhasználásuk lehetővé teszi az eljárás műszaki és gazdasági mutatóinak javítását . Ugyanakkor a forrás kiválasztásakor figyelembe veszik a felhasznált anyagok sajátosságait. A triklór -szilán és a szilícium-tetraklorid szobahőmérsékleten folyékony , míg a diklór -szilán gáz halmazállapotú . A szilícium-tetraklorid kevésbé veszélyes a tárolás és a szállítás során, ezért általában triklór -szilánt használnak, ha azt házon belül állítják elő.
A szilícium-tetraklorid hidrogénnel történő redukciójának folyamata általában a következő reakciórendszerrel írható le [3] , [4] :
A réteg növekedési sebessége 0,1-2,0 µm/perc a szilíciumforrástól, a hőmérséklettől és a nyomástól függően. Ez arányos a szilíciumtartalmú komponens koncentrációjával a gőz-gáz fázisban.
A módszer korlátai: lehetetlen epitaxiális filmet növeszteni zafír szubsztrátumokon, mivel a hidrogén-klorid ilyen körülmények között maratja a zafírt .
SiH 4 \u003d Si + 2H 2
A bomlás t=1050 °C-on megy végbe, ami a kloridos módszerhez képest lassítja a diffúziót és csökkenti az autodopping káros hatását. Ennek köszönhetően ezzel a módszerrel élesebb átmeneteket lehet elérni a rétegek között.
Az epitaxiális rétegek adalékolása a növekedésükkel egyidejűleg történik reaktív módon (adalékanyag hozzáadásával a gőz-gáz keverékhez).
A gáznemű szennyeződések a legtöbb esetben egyszerűbb telepítést tesznek lehetővé, de tárolás közben instabilak és erősen mérgezőek ( foszfin , diborán , arzin )
Leggyakrabban arzin AsH 3 -t használnak ebben a minőségben .
A folyékony adalékanyagokat egy külön termosztatikusan szabályozott buborékoló típusú (ha a szennyeződés nem párolog el) vagy párologtatós (ha jól elpárolog) adagolóba öntik , amelybe H 2 vivőgázt vezetnek . Ebben az esetben azonban nehezebb szabályozni a szennyeződés koncentrációját az epitaxiális rétegben.
A szilárd adalékanyagokat szikrakisüléssel permetezzük, majd hidrogénnel a reakciókamrába szállítjuk, vagy a kemence alacsony hőmérsékletű zónájában elpárologtatjuk (ehhez a módszerhez kétzónás kemencéket építenek).
A céltudatos adalékolás mellett az epitaxia magában foglalja az autodoppingot is, azaz egy szennyeződés átvitelét egy erősen adalékolt rétegről egy enyhén adalékoltra. Az autodopping fő mechanizmusa a szennyeződések diffúziója. Az enyhén adalékolt rétegek lerakása során azonban az erősen adalékolt szubsztrátumból származó szennyeződés szublimációja és a gázfázison keresztül történő átvitele, majd egy növekvő, enyhén adalékolt rétegbe történő beépülése is lehetséges [5] , [4] .
A gőzfázisú epitaxia technikái, amelyek során a kiindulási anyagokat különféle módokon elpárologtatják, majd kémiai reakciókban való részvétel nélkül egy szubsztrátumra kondenzálják, magukban foglalják a molekuláris nyalábokból vákuumban történő leválasztás technológiáit ( molekulasugaras epitaxia ), a gyors elpárologtatást, "forró falat" ", valamint a katódos porlasztásos és leválasztási módszerek.