Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология...


Температуры плавления и испарения частей Таблица 5.1.1





Не считая того, нужно обеспечивать равномерность рас­пределения толщины пленки на подложке, что является одним из главных ее характеристик. Толщина пленки в данной точке подложки определяется количеством Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... частиц, достигающих ее в единицу времени. Если б поток наносимых частиц был схож на всю поверхность подложки, пленка выходила бы схожей толщины. Но площадь испарителей вещество много раз меньше площади подложкодержателей (потому их Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... именуют точечными источни­ками) . В итоге достигнуть равномерности потока невоз­можно. Как видно из Набросок 5.1 а, скорость нанесения пленки будет неодинакова в точке 0 и в точ­ках А и В: чем далее Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... от оси 0S эти точки, тем ниже скорость нанесения пленки и тем меньше ее толщина за данное время нанесения. При плоском подложкодержателе неравномер­ность толщины пленки состав­ляет ± 20 %.

Более обычным методом Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... понижения неравномерности рас­пределения пленки по толщине является повышение расстояния dип. Но это уменьшает ско­рость конденсации пленки, что негативно сказывается на ее свойствах. Очень воз­можное расстояние dип ограни­чено размерами Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... рабочей камеры установки.

На практике используют бо­лее сложные методы, одним из которых является придание подложкодержателю сферичес­кой формы (Набросок 5.1,6).

Неравномерность толщины пленки понижается при всем этом до ± 10 %. Если этого недостаточ­но Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология..., употребляют систему с двой­ным вращением, так называе­мую планетарную карусель (Набросок 5.1 17, в), состоящую из приводной вращающейся оси 9, на которой установлены три подложкодержателя 7. Каждый подложкодержатель может крутиться вокруг своей оси 8 при обкатывании по Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... кольцу 6 . Так осуществляется планетар­ное движение подложек. Планетарные карусели стоят достаточно





Набросок 5.1.1 . Схемы осаждения пле­нок из точечного источника на тонкий (а) и сферический под-ложкодержатели (б) и на пла­нетарный подложкодержатель с 2-мя Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... направлениями вращения (в):

1,5, 7 — тонкий, сферический и планетарный подложкодержатели, 2 - подложки, ^ 3 — поток осаждаемых частиц, 4 — то­чечный источник потока осаждае­мых частиц, 6 — кольцо, 9 - ось подложкодержателя, 9 — привод­ная крутящаяся ось


недешево, но при их использовании неравномерность Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... пленок по толщине составляет ± (3 - 4) %.

Для проверки неравномерности толщины нанесенных пле­нок в 5 точках на пластинке — в центре и по бокам взаимно перпендикулярных поперечников — определяют при помощи микро­скопа МИИ-4 толщину пленки dп Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология.... Выбирают из приобретенных значений толщины наибольшее dmax и малое dmin и вычисляют (%) неравномерность (отклонение толщины от среднего значения) по формуле

(5.1.3)

Разглядим пример расчета неравномерности толщины пленки. Получены замеры в 5 точках(нм Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология...): 1260, 1255, 1290, 1280, 1265. Из этого ряда выберем dmax = 1290 и dmin = = 1255 и вычислим неравномерность по формуле (5) :

(5.1.4)

Процесс испарения и качество нанесенных пленок в зна­чительной мере определяются типом и конструкцией испарите­лей, которые могут иметь Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... резистивный либо электронно-луче­вой нагрев. Выбор типа испарителя находится в зависимости от вида испаряемо­го материала, его агрегатного состояния и температуры в про­цессе испарения, также других причин.

5.2. Типы и конструкции испарителей

Нагрев Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... электропроводящего тела, владеющего высочайшим электронным сопротивлением при прохождении через него электронного тока, именуют резистивным. При всем этом, обычно, употребляют переменный ток.

Плюсы резистивного нагрева — высочайший КПД, низкая цена оборудования, безопасность в работе (низкое напря Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология...­жение на зажимах) и малые габаритные размеры. Факторами, ограничивающими применение испарителей с резистивным на­гревом, являются возможность загрязнения наносимой пленки материалом нагревателя, также малый ресурс работы из-за старения (разрушения Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология...) нагревателя, что просит его периоди­ческой (время от времени достаточно нередкой) подмены.

Испарители этого типа разных конструктивных вариан­тов могут быть с конкретным либо с косвенным нагревом испаряемого вещества.

Материалы, применяемые Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... для производства испарителей, должны отвечать последующим требованиям. Испаряемость ма­териала испарителя при температуре испаряемого вещества должна быть пренебрежимо малой. Для неплохого термического контакта материал испарителя должен отлично смачиваться рас­плавленным испаряемым веществом. Меж материалом Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... испа­рителя и испаряемым веществом не должны происходить ника­кие хим реакции, также создаваться легкоиспа-ряемые сплавы, потому что это приводит к загрязнению наноси­мых пленок и разрушению испарителей.

Для производства испарителей промышленных Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... установок употребляют тугоплавкие металлы (вольфрам, тантал, молибден).

Следует особо отметить, что алюминий, используемый для нанесения пленок, в расплавленном состоянии обладает высочайшей хим активностью и ведет взаимодействие практичес­ки с хоть какими металлами Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология..., из которых изготовляют испарители. Это существенно понижает их срок службы. Потому такие испа­рители являются разовыми и после каждого процесса испарения их подменяют.

^ В испарителях с конкретным нагревом ток в Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... несколь­ко 10-ов ампер проходит конкретно через испаряе­мый материал. Таковой способ испарения может быть использован только для сублимирующихся металлов, т. е. металлов, темпе­ратура плавления которых выше температуры испарения (хром Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология..., титан и др. - см. Таблица 2).

Основное достоинство этих испарителей - отсутствие тепло­вого контакта меж их нагретыми элементами и испаряемым металлом, что обеспечивает высшую чистоту наносимой пленки. Но они обеспечивают низкую скорость испарения, дают Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... возможность испарять маленькое количество материала, который может быть применен исключительно в виде ленты либо проволоки, также не позволяют испарять диэлектрики и большая часть металлов. Сечение таких испарителей должно быть схожим на всем протяжении, по Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... другому в месте утонения появляется перегрев и они перегорают.

Испаритель с резистивным конкретным нагревом показан на рисунке 5.2.1. Испаряемый материал 3 в виде проволоки либо ленты вставляют в изготавливаемые из титана либо нер­жавеющей Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... стали и фиксируемые винтами 2 мощные кон­тактные зажимы 1, к которым подводится электропитание. Для понижения теплопотерь за счет излучения, также огра­ничения потока пара 4 в направлении к подложке 5 служит мультислойный экран Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... 6.

Испарители с косвенным нагревом, в каких испаряемое вещество греется за счет теплопередачи от нагревателя, бо­лее универсальны, потому что позволяют испарять проводящие и непроводящие материалы в виде порошка, гранул, проволоки, ленты и др Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология.... Но при всем этом из-за контакта с нагретыми частями испарителя, также из-за испарения материала подогревателя осаждаются наименее незапятнанные пленки.

Поверхность резистивных испарителей за ранее очи­щают, промывая в растворителях. Нередко Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... их также отжигают в вакууме. Потому что форма испарителя с косвенным нагревом находится в зависимости от агрегатного состояния, в каком находится испа­ряемый материал, их подразделяют на проволочные, ленточные и Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... тигельные.





Набросок 5.2.1. Испаритель с резистивным непо­средственным нагре­вом:

1 — контактный за­жим, 2 - винт, 3 -испаряемый матери­ал, 4 — поток пара, 5 — подложка, 6— мультислойный эк­ран

Проволочные испарители используют для испарения веществ, которые смачивают материал нагревателя. При всем этом Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... расплавленное вещество силами поверхностного натя­жения удерживается в виде капли на проволочном нагревателе. Проволочные испарители делаются V- и W-образной формы, также спирале- и волнообразной.

Проволочный испаритель простейшей конструкции (Набросок 19, а) употребляют Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... для нанесения пленок алюминия, который отлично смачивает вольфрамовый проволочный нагреватель — цилиндрическую проволочную спираль 2. Испаряемое вещество в виде скобочек (гусариков) 3 навешивают на спираль, которую отогнутыми концами 1 вставляют в контактные зажимы. По мере Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... нагрева это вещество плавится и формируется на про­волоке в виде капель. Снизу располагаются термический и ограни­чивающий экраны. Проволочные испарители созданы для сотворения протяженного потока испаряемого материала, что достигается внедрением сразу нескольких Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... навесок.

При нехороший смачиваемости испаряемого вещества, также для испарения навесок в форме гранул либо кусочков при­меняют испарители в виде конической проволочной спирали 6 (Набросок 5.2.2, б), фиксируемой на зажимах 4 токоподвода. Спи Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология...­раль окружена цилиндрическим термическим экраном 5, а снизу располагается ограничивающий экран 7.

Более всераспространенными материалами для изготовле­ния проволочных испарителей является проволока Ф 0,5 —1 мм из фольфрама и тантала.

Значимым достоинством проволочных испарителей является простота их Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... конструкции и возможность модификации под определенные технологические условия. Не считая того, они отлично компенсируют расширение и сжатие при нагреве и охлаждении. Недочет этих испарителей — маленькое количество испаряемого за один процесс материала.

Ленточные Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... испарители используются для испа­рения металлов, плохо удерживающихся на проволочных испа­рителях, также диэлектриков и делаются с углублени­ями в виде полусфер, желобков, коробочек либо лодочек. Наибо­лее всераспространенными материалами для Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... таких испарителей является фольга шириной 0,1 — 0,3 мм из вольфрама, молиб­дена и тантала. Испаритель с углублением в виде полусферы, созданный для испарения относительно малых количеств вещества, показан на рисунке 5.2.3, а. Для понижения термического потока из Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... зоны испарения к зажимам токоподвода по бокам полу­сферы имеются утонения сечения (шеи). Испарители лодочного типа (Набросок 5.2.3, б) созданы для испарения относительно огромных количеств вещества. Чтоб скомпенсировать деформации испарителя, его профиль усложнен Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... отгибом лапок, которыми он крепится к зажимам токоподвода.




Набросок 5.2.2. Проволочные испарители косвенного нагрева с цилиндрической (о) и конической (б) проволочной спиралью:

1 — отогнутый конец спирали, 2, 6 — цилиндрическая и коническая спи­рали, 3 — испаряемый материал (гусарик Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология...), 4 — зажимы токоподвода, 5,7 — цилиндрический термический и ограничивающий экраны





Набросок 5.2.3. Ленточные испарители косвенного нагрева из вольфрама,

молибдена и тантала шириной 0,1 - 0,5 мм:

а - с углублением в виде полусферы, б - лодочного типа


Если для металлов благодаря Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... их высочайшей теплопровод­ности испарение в вакууме есть явление поверхностное, то для таких неметаллических веществ нехороший теплопроводимости, как диэлектрики (к примеру, SiO2), существует большая вероят­ность из разбрызгивания при форсированном испарении. В этих случаях используют Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... испарители коробчатого типа услож­ненной конструкции (Набросок 5.2.4), выполненные из ленты толщи­ной 0,1 мм в виде коробки /, в которую засыпают испаряе­мое вещество 5. Сверху коробка запирается однослойным либо двухслойным экраном 3 с Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... отверстиями, через которые проходят пары 4 наносимого материала.

В случае внедрения двухслойного экрана отверстия рас­полагают в шахматном порядке, что на сто процентов исключает прямой просвет больших частиц испаряемого вещества. Кроме предохранения от Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... разбрызгивания такие испарители позволяют создавать над поверхностью испаряемого вещества ограничен­ное место, в каком пар 4 близок к насыщенному, что затрудняет обеднение соединения более просто испаряющимся компонентом.

Эффективную защиту от разбрызгивания капель, которым сопровождается Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... процесс испарения неких веществ, обеспе­чивают лабиринтные испарители. Как видно из наименования, эти испарители имеют форму, исключающую прямой путь для выхода больших частиц вещества в момент взрывного испаре­ния. В итоге поступающее Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... в лабиринтный испаритель гра­нулированное вещество выходит из него исключительно в виде пара в желательном направлении в сторону подложек.

Лабиринтный испаритель для оксида кремния (Набросок 5.2.5) выполнен в виде коробки ^ 1, по бокам Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... которой имеются лапки 2 для подсоединения к зажимам токоподвода. Сверху коробка закрыта крышкой 5, имеющей боковой и нижний 6 экраны для понижения теплопотерь излучением. В высшей части крышки имеются два патрубка. Через патрубок 3 в левую часть Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... коробки засыпают испаряемый материал 7, а потом этот патрубок закрывают круглой крышкой 4. Через правый патру­бок 10 поступают пары наносимого материала, которые пред­варительно в коробке проходят по лабиринту, образованно­му экранами 8 и Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... 9, и из их отсеиваются макроскопические час­тицы.




Набросок 5.2.4. Испаритель косвенного нагрева коробчатого типа:

1 — коробка, 2 — поток па­ров наносимого вещества, 3 — экран, 4 — пары испаряемого вещества, 5 - испаряемое ве­щество





Набросок 5.2.5. Испаритель косвенного нагрева лабиринтного типа:

1 - коробка, 2 - лапки Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология..., 3, 4 — патрубок для загрузки материала и его крышка, 5 - крышка испа­рителя, 6 — нижний экран, 7 -испаряемое вещество, 8, 9 — разде­лительные экраны, 10 — выходной патрубок


В производстве нередко бывает нужно наносить пленки, состоящие не из 1-го вещества, а являющиеся сплавами Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология.... Это представляет самую большую трудность в тонкопленочной тех­нологии. Вследствие различной упругости паров компонент сплава состав пленки может приметно отличаться от начального (эффект фракционирования сплава). Так, при нанесении спла Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология...­ва нихрома (Ni 80 %, Сr 20 %) при t = 1400° С на подложке появляется пленка, имеющая последующий состав: Ni- 60 %, Сr - 40 %.

Для получения состава пленок, соответственного составу начального сплава, используют способ микродозирования (дис­кретное либо взрывное испарение). Суть этого Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... способа (Набросок 5.2.6) заключается в том, что из дозатора 4 на ленточный разо­гретый испаритель 5 дискретно сбрасываются маленькие порции порошка 1 испаряемого сплава с размерами частиц 100— 200 мкм. Испарение микродоз происходит фактически мгно­венно и стопроцентно, в Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... итоге чего на подложке 3 последова­тельно осаждаются очень тонкие слои. В границах каждого слоя наблюдается неоднородный состав (вследствие фракционирования сплава), но уже в процес­се нанесения обоюдной диффу­зией атомов составляющих Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... ком­понентов выравнивается кон­центрация каждого из их по толщине пленки.

Этот способ в особенности эффек­тивен при нанесении многокомпо­нентных сплавов (к примеру, МЛТ-2М, нихром — оксид кремния). Достоинством его Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... является также отсутствие загрязнений пленки материалом испарителя (маленькое время контакта микродозы спла­ва с испарителем).

Основной недочет способа микродозирования — сложность наладки дозатора для подачи особо маленьких порций испаряемого сплава. В критериях огромного теплоизлучения Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... (от перегретого железного испарителя) устойчивую работу дозатора обес­печить тяжело. Не считая того, имеется опасность не испарения, а разбрызгивания вещества в виде капель либо жестких частиц.




Набросок 5.2.6. Способ дискретного испарения Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология...:

1 - испаряемый порошок, 2 - пары наносимого вещест­ва, 3 — подложка, 4 — доза­тор, 5 - ленточный испари­тель


Тигельные испарители употребляют, как прави­ло, для испарения огромных количеств сыпучих диэлектрических материалов. Тигли изготовляют из тугоплавких металлов, квар­ца, графита Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология..., также глиняних материалов (нитрида бора ВN, оксида алюминия А12Оз - алунда). Очень допусти­мая температура кварца составляет 1400° С, графита - 3000° С, оксида алюминия - 1600° С.

Два типа испарителей с тиглями из керамики показаны на Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... рисунке 5.2.7, а, б.

В испарителе первого типа (Набросок 5.2.7, а) нагреватель в виде плоской улиткообразной спирали 1 размещается в полости глиняного тигля 2, куда насыпается испаряемый материал. Таковой испаритель позволяет испарять с высочайшими скоростями огромное количество Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... вещества.

В испарителе второго типа нагреватель в виде конусо­образной спирали 1 размещен с наружной стороны керамичес­кого тигля 2. ,

При равной мощности питания 1-ый испаритель нагрева­ется до более высочайшей температуры, чем 2-ой. Но досто Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология...­инством второго является отсутствие контакта испаряемого материала со спиральным нагревателем. Эксплуатационным недочетом тигельных испарителей будет то, что они доволь­но инерционны, потому что малая теплопроводимость материала, из которого изготовляют тигель, не обеспечивает Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... резвого нагрева испаряемого вещества.




Набросок 5.2.7. Испарители прямого нагрева с тиглями с внутрен­ним (а) и наружным (б) спиральными нагревателями:

1 - спираль, 2 - тигель


5.3. Лазерное, электронно-лучевое, «взрывное» испарение

Принцип электронно-лучевого нагрева заключается в Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... том, что кинетическая энергия потока ускоренных электронов при бомбардировке ими поверхности вещества преобразуется в теп­ловую энергию, в итоге чего оно греется до темпе­ратуры испарения.

Для образования электрического луча нужен источник Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... свободных, т. е. не связанных с другими частичками, электронов. Для того чтоб электрон вылетел из металла наружу, его ско­рость должна быть ориентирована в сторону поверхности металла и он должен преодолеть действие сил, стремящихся Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... вернуть его назад в металл.

Работу по преодолению электроном поверхностных сил, стремящихся удержать его в металле, именуют работой выхода. При комнатной температуре количество электронов в металле, энергия которых превосходит работу выхода, ничтожно Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... не достаточно. Но их количество резко растет при росте температуры за счет роста интенсивности термического хаотического движения.

Испускание электронов металлами, нагретыми до высочайшей температуры, именуют термоэлектронной эмиссией (Набросок 5.3.1, а Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология...), а выполненные из металла элементы, применяемые для получения свободных электронов, — термоэлектронными като­дами, либо просто катодами. Материалом катодов обычно служит вольфрамовая проволока. Для накала катода, помещенного в вакуумную камеру, через него пропускают электронный ток.



Набросок Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... 5.3.1. Эффект термоэмиссии (а), ускорение электронов (б) и форми­рование электрического луча (в):

1 - эмиттированные электроны, 2 - термокатод, 3 - стена вакуумной камеры, 4 - изоляторы, 5 — источник питания термокатода, 7 - ускорен­ный электрон, 6,8 — аноды, Р - электрический луч


Спиральный термокатод 2 закрепляют на Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... стенах 3 ваку­умной камеры через изоляторы ^ 4. При подаче тока накала от источника 5 происходит нагрев термокатода с испусканием электронов 1. Эти электроны владеют разной энергией и на­правление их движения от катода Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... беспорядочно. Денька ускорения (увеличения энергии) и направленного движения электронов нужно сделать ускоряющее электронное поле.

Рассматривая движение электронов в электронном поле, подразумевают, что они находятся в довольно разреженном пространстве. При всем этом взаимодействием Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... меж молекулами оставшегося в объеме газа и передвигающимися электронами можно пренебречь.



Как понятно из электротехники, на заряженную частичку — электрон, находящуюся в электронном поле, действует сила, пропорциональная напряженности этого поля, в итоге чего частичка Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... ускоряется. Скорость (км/с), которую приобре­тет электрон под действием разности потенциалов И меж 2-мя точками поля, равна



При всем этом кинетическая энергия (эВ) электрона



где те - масса электрона.

В устройстве для ускорения электронов (Набросок Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... 5.3.1, б) в не­скольких сантиметрах от катода располагают анод ^ 6, создающий электронное поле Е, направление которого показано стрел­кой. Меж анодом 6 и катодом 2 появляется разность потен­циалов от 5 до 10 кВ Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология.... Электроны, эмиттируемые катодом 2, притягиваются анодом 6 и образуют направленный поток уско­ренных электронов 7.

Для формирования электрического луча 9 (Набросок 5.3.1, в) ис­пользуют анод 8 с отверстием, через которое проходит значи­тельная часть электрического потока.

Разглядим движение Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... электрона в магнитном поле и силу, действующую на электрон, влетающий в магнитное поле меж полюсами неизменного магнита перпендикулярно силовым ли­ниям этого поля (Набросок 5.3.2).

Передвигающийся электрон можно представить как электричес­кий ток Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология..., проходящий через проводник. Тогда по известному из электротехники правилу левой руки можно найти направление силы, действующей на электрон. Если расположить левую руку так, чтоб силовые полосы магнитного поля упи­рались в ладонь, а Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... вытянутые пальцы были ориентированы в сто­рону, обратную направлению скорости V электрона то отогнутый большой палец покажет направление силы, дей­ствующей на парящий электрон. Эта сила будет пропорциональ­на напряженности магнитного поля Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... и скорости электрона.


Набросок 5.3.2. Движение электронов в магнитном поле





Набросок 5.3.3. Электронно-лучевой ис­паритель:

1 - полюсный наконечник, 2 -электромагнит, 3 - водоохлаждаемый тигель, 4 — испаряе­мый материал, 5 — поток нано­симого материала, 6 — термо­катод, 7 — фокусирующая сис­тема, 8 - электрический луч Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология..., 9 - узкая пленка, 10 - подлож­ка


Таким макаром, сила FЭ, действующая на электрон, пер­пендикулярна фронтам скорости его движения и сило­вых линий магнитного поля. Так как сила FЭ действует всег­да перпендикулярно скорости движения Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... электрона, она изме­няет не скорость его, а только направление. Под действием этой силы траектория перемещения электрона безпрерывно изме­няется, т. е. искривляется (как это показано на рисунке 5.3.2 штри­ховой линией). Как Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... следует, если перпендикулярно элек­тронному лучу приложить магнитное поле, он отклонится.

^ Фокусировка электрического луча позволяет получать огромную концентрацию мощности на сравнимо малой поверхности (5 х 10 Вт/см2), а как следует, испарять любые Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология..., даже самые тугоплав­кие материалы с довольно большой скоростью.

Электронно-лучевой испаритель (Набросок 5.3.3) состоит из 3-х главных частей: электрической пушки, отклоняющей системы и водоохлаждаемого тигля.

Электрическая пушка создана для форми­рования потока электронов Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... и состоит из вольфрамового тер­мокатода 6 и фокусирующей системы 7. Электроны, эмитируемые катодом, проходят фокусирующую систему, ускоря­ются за счет разности потенциалов меж катодом и анодом (до 10 кВ) и формируются в Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... электрический луч 8. Отклоняющая система создана для сотворения магнитного поля, перпендикулярного направлению скорости движения электронов, выходящих из фокусирующей системы пушки, и состоит из полюсных наконечников 1 и электромагнита 2. Меж полюсными наконечниками рас­положены водоохлаждаемый тигель 3 и Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... электрическая пушка. Отклоняя электрический луч магнитным полем, его направ­ляют в центральную часть водоохлаждаемого тигля 3. В месте падения луча создается локальная зона испарения вещества из водянистой фазы. Подогретый электрической бомбардировкой ма Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология...­териал 4 испаряется, и поток паров 5 осаждается в виде тон­кой пленки 9 на подложке 10. Изменяя ток в катушке электро­магнита 2, можно исследовать лучом повдоль тигля, что предо­твращает образование "кратера" в испаряемом материале.

Медные водоохлаждаемые Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... тигли емкостью 50 см3 и поболее обеспечивают долгосрочную непрерывную работу без добавки испаряемого материала, который, не считая того, не контактирует в расплавленном виде с медными стенами тигля ("автотигельное испарение"), а означает, и Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... исключается их вза­имодействие.

Электронно-лучевые испарители могут быть одно-и много­тигельной конструкции, с разворотом луча на 5.3.30 и 180°. При угле отличия электрического луча до 270° исключается по­падание испаряемого материала Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... на катод и загрязнение наноси­мых пленок материалом катода, который во время работы также испаряется.

Недочеты этих испарителей — сложность аппаратуры питания и управления, трудность испарения металлов высочайшей теплопроводимости (медь, алюминий, серебро, золото) из Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... водо­охлаждаемого тигля, необходимость нередкой подмены и юстировки катода, также питание высочайшим напряжением, что просит соблюдения соответственных правил техники безопасности.


^ 5.4. КАТОДНОЕ РАСПЫЛЕНИЕ


Ионное распыление, разрушение отрицательного электрода (катода) в газовом разряде под действием ударов положительных Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... ионов. В более широком смысле — разрушение твёрдого вещества при его бомбардировке заряженными либо нейтральными частичками.

  К. р., с одной стороны, ненужное явление, уменьшающее срок службы электровакуумных устройств; с др. стороны Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология..., К. р. имеет практическое применение для чистки поверхностей, выявления структуры вещества (ионное травление), нанесения тонких плёнок, для получения направленных молекулярных пучков и т.д. Бомбардирующие ионы, проникая в глубь мишени, вызывают смещение её Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... атомов. Эти смещенные атомы, в свою очередь, могут вызывать новые смещения и т.д. Часть атомов при всем этом добивается поверхности вещества и выходит за её пределы. При определённых критериях частички Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... могут покидать поверхность мишени в виде ионов (см. Ионная эмиссия). В монокристаллах более подходящие условия для выхода частиц складываются в направлениях, где плотность упаковки атомов большая. В этих направлениях образуются цепочки Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... соударений (фокусоны), при помощи которых энергия и импульс смещенных частиц передаются с меньшими потерями. Существенную роль при К. р. играет процесс каналирования ионов, определяющий глубину их проникания в мишень (см. Каналирование заряженных частиц Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология...).

  К. р. наблюдается при энергии ионов E выше некой величины E0, именуемым порогом К. р. Значения E0 для разных частей колеблются от единиц до нескольких 10-ов эв. Количественно К. р. характеризуется коэффициентом распыления S Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология..., равным числу атомов, выбитых одним ионом. Поблизости порога S сильно мало (10–5 атомов/ион), а при хороших критериях S добивается нескольких 10-ов. Величина S не находится в зависимости от давления Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... газа при малых давлениях р < 13,3 н/м2 (0,1 мм рт. ст.), но при р > 13,3 н/м2 (0,1 мм рт. см.) происходит уменьшение S за счёт роста числа частиц, осаждающихся назад на поверхность. На величину S оказывают влияние как характеристики бомбардирующих ионов — их энергия Ei Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... (Набросок 5.4.1 а), масса Mi (Набросок 5.4.1 б), угол падения ее на мишень (Набросок 5.4.1 в), так и характеристики распыляемого вещества — чистота поверхности, температура, кристаллическая структура, масса атомов мишени.

  Угловое рассредотачивание частиц, вылетающих с распыляемой Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... поверхности, анизотропно. Оно находится в зависимости от энергии ионов, а для монокристаллов также от типа кристаллической решётки и строения распыляемой грани. Осадок из распыляемого вещества, образующийся на дисплее, имеет вид отдельных пятен, причём Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... симметрия картины осадка та же, что и симметрии распыляемой грани и образовавшихся на ней в итоге К. р. фигур травления (Набросок 5.4.1 г). Энергии распылённых частиц колеблются от нескольких толикой Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... эв до величин порядка энергии первичных ионов. Средние энергии распыляемых частиц составляют обычно 10-ки эв и зависят от параметров материала мишени и черт ионного пучка




а) б) в)



г)

Набросок 5.4.1 а-г


5.5 Частотное распыление. Реактивное распыление

Для Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... частотного и реактивного ионного распыления употребляют как обыденные диодные, так и магнетронные системы.

Частотное распыление начали приме­нять, когда потребовалось наносить диэлектрические пленки. В предшествующей главе предполагалось, что распыляемое вещест Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология...­во - металл. При всем этом ударяющийся о мишень ион рабочего газа нейтрализуется на ней и ворачивается в вакуумный объем рабочей камеры.

Если же распыляемый материал — диэлектрик, то поло­жительные ионы не нейтрализуются и за Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... маленький просвет времени после подачи отрицательного потенциала покрывают слоем мишень, создавая на ее поверхности положительный заряд. Поле этого заряда компенсирует первоначальное поле мишени, находящейся под отрицательным потенциалом, и предстоящее распыление становится неосуществимым, потому Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... что ионы из разряди но притягиваются к мишени.

Для того чтоб обеспечить распыление диэлектрической мишени, приходится нейтрализовать положительный заряд на ее поверхности подачей частотного (ВЧ) перемен­ного потенциала. При Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... всем этом в системе распыления, которая представляет собой диодную систему (Набросок 5.5.1, а, б) с катодом 2, окруженным экраном 1 (анодом может служить вакуумная камера), происходя!' последующие процессы.

Потому что в плазме положительного столба 4 содержатся равные количества иолов Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... и электронов, при переменной по­ляризации мишени по время отрицательного полупериода (Набросок 5.5.1, а) она притягивает ионы 3. Ускоренные ионы бом­бардируют и распыляют диэлектрическую мишень, одновре­менно передавая ей собственный заряд. При Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... всем этом мишень накаплива­ет положительный заряд и интенсивность распыления начинает понижаться. Во время положительного полупериода (Набросок 5.5.1, б) мишень притягивает электроны 5, которые нейтрализуют заряд ионов, превращая их в молекулы 6. В последующие Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... отри­цательный и положительный полупериоды процессы повто­ряются и т.д.

В промышленных установках ВЧ распыление ведется на единственной разрешенной частоте 13,56 МГц, которая нахо­дится в спектре радиосвязи. Потому время от времени ВЧ распыление Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... именуют радиочастотным.

Реактивное распыление используют для на­несения пленок хим соединений (оксидов, нитри­дов) . Требуемое хим соединение получают, подби­рая материал распыляемой мишени и рабочий газ.

При всем этом Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... способе в рабо­чую камеру в процессе рас­пыления вводят дозирован­ное количество так называе­мых реактивных (химически активных) газов. При этом для нанесения пленок оксидов и нитридов в рабочий газ — аргон Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... - добавляют соответ­ственно кислород и азот. Ос­новными критериями при по­лучении требуемых соедине­ний является кропотливая чистка реагентов и отсутствие натекания, также газовыде­ления в камере.





Набросок 5.5.1. Схемы частотного распыления при отрицательном (а) и Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... положительном (б) полу­периодах напряжения:

7 - экран, 2 - катод, 3 - ионы, 4 — плазма, 5 - электроны, б — молекулы

Недочет реактивного распыления — возможность осаждения соединений на катоде, что значительно умень­шает скорость роста пленки.

При реактивном распылении реакции Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... могут протекать как на мишени, так и в возрастающей пленке, что находится в зависимости от соот­ношений реактивного газа и аргона. В отсутствие аргона реак­ции происходят на мишени. При всем Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... этом разряд протекает вяло, потому что большая часть атомов реактивного газа расходуется на образование на поверхности мишени соединений, которые препятствуют распылению. Чтоб реактивные процессы про­ходили на подложке, количество реактивного газа не Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... должно превосходить 10 %; остальное составляет аргон.

При реактивном распылении кремния напускаемый в рабочую камеру кислород ведет взаимодействие с конденсирующи­ми на поверхности подложки атомами кремния, в итоге чего появляется пленка SiO2.

При нанесении Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... реактивным распылением диэлектричес­ких пленок нитрида кремния Si3N4 происходит аналогичный процесс. В рабочую камеру напускают кропотливо осушенный и очищенный от кислорода аргон с добавкой азота. Ионы этих газов, бомбардируя кремниевый катод, выбивают Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... из него атомы кремния и на подложке вследствие большой хими­ческой активности ионизированных атомов азота появляется пленка нитрида кремния Si3N4, отличающаяся высочайшей хи­мической стойкостью.

Потому что условия реакции при нанесении диэлектрических пленок Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... значительно зависят от всепостоянства в рабочем газе процентного содержания напускаемого реактивного газа, нужно строго смотреть за его подачей. Напуск газов в ра­бочую камеру обычно создают 2-мя методами:

вводят Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... оба газа (аргон и реактивный) из магистралей либо баллонов, контролируя расход реактивного газа микро­расходомером и поддерживая неизменное давление;

вводят заблаговременно приготовленную определенного состава рабочую смесь газов из резервуара.

^ 5.6 ПОЛУЧЕНИЕ ПЛЕНОК ИЗ ГАЗОВОЙ Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... ФАЗЫ

Эпитаксия — это процесс наращивания слоев полупроводникового материала с упорядоченной кристаллической структурой на ориентиро­ванной пластинке.

Выращиваемые слои могут повторять структуру пластинки, к примеру при выращивании кремния на кремнии, германия на германии Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология.... Они могут отличаться по структуре, к примеру при выращивании кремния на сапфире, кремния на шпинели, крем­ния на оксиде бериллия.

Термин " эпитаксия " образован из 2-ух греческих слов "эпи" - на, "таксис" — располагать в порядке. В первый Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... раз выра­щивание кристаллов из паровой фазы было предложено в 1957 г. Практическое внедрение этого способа началось с 1960 г.

Эпитаксию можно подразделить на три вида: авто-, гетеро- и хемоэпитаксию.

Ав тоэпитаксия- процесс Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... нацеленного нара­щивания вещества, не отличающегося либо некординально отли­чающегося по хим составу от вещества пластинки. Она обеспечивает возможность формирования гомогенных (однородных) p-n-переходов и время от времени именуется Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... гомоэгштаксией.

Гетероэпитаксия — процесс нацеленного наращивания вещества, отличающегося по хим составу от вещества пластинки. На границе "эпитаксиальный слой — пластинка" появляется гетерогенный (неоднородный) p-n-переход. Гетероэпитаксия осуществима для частей, не склонных к хим взаимодействию Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология....

Хемоэпитаксия - процесс нацеленного нара­щивания, при котором образование слоя происходит за счет хим взаимодействия вещества пластинки с наносимым веществом. Приобретенный слой по хим составу отлича­ется как от вещества пластинки, так Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... и от наносимой фазы, но закономерно продолжает кристаллическую структуру пластинки. При образовании таких слоев может быть сформирован гетеро­переход либо невыпрямляющий контакт.

Маркируют кремниевые эпитаксиальные структуры знаками: К - кремний; Д - дырочный; Э Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... - электрический тип электропроводности; Б, Ф, С, М - легирующие элементы, соответственно бор, фосфор, сурьма, мышьяк.

Однослойные эпитаксиальные структуры, сделанные на крем­ниевых пластинках n-типа с эпитаксиальным слоем р- типа, маркируют дробью с цифровым коэффициентом Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология.... К примеру:

(5.6.1)

где 76 — поперечник пластинки, мм; 8 - толщина эпитаксиального слоя, мкм; 380 - толщина пластинки, мкм; 0,5 и 0,01 - удельное сопротивление эпитаксиального слоя и пластинки соответственно, Ом • см.

Маркировка мультислойных эпитаксиальных структур, изготов­ленных в процессе автоэпитаксиального Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... наращивания слоев различных типов электропроводности подобна маркировке однослойных струк­тур, но содержит несколько уровней.

Эпитаксиальные структуры со сокрытым слоем (ЭСС) (Набросок 5.6.1),



Набросок 5.6.1. Схема эпитаксиальной структуры со сокрытым слоем:

1 - эпитаксиальная струк­тура Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология...; 2 - сокрытый слой; 3 – пластинка


сделанные, обычно, на кремниевых пластинках р-типа с локальными участками п -типа, которые сформировывают на их диф­фузией либо ионным легированием мышьяком либо сурьмой, марки­руют так:

(5.6.2)

где 76, 380 - поперечник и толщина Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... пластинки соответственно в мм и мкм; КЭФ, КЭМ , КДБ - тип электропроводности эпитаксиального, укрытого слоя и пластинки соответственно; 4, 5 - толщины эпитаксиального и укрытого слоя, мкм.

Характеристики эпитаксиальных и тонких эпитаксиальных структур со Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... сокрытым слоем Таблица 5.6.1

Тип структур При- Легиру- Толщина, Удельное сопро

месь и ющая мкм тивление, Ом • см

примесь

Толстые So P 10-20 3-8 (слабо

легированные)

Средней толщины Sb P 6 - 15 0,5 - 5 (равномерно

легированные)

Уменьшенной

толщины As P 6-13 0,1-2

Тонкие As, Sb P, As 2,5 - 6 0,1 -1,5

Сверхтонкие Sb Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... P 0,5-2,5 0,1-1,0

Особые "Изо-

планар" Sb В, Р 1,0 - 2,5 0,1 - 1,0


5.7 Хлоридные и силановый способы получения эпитаксиальных слоев

Гидридную эпитаксию проводят в большинстве случаев при температу­ре 1000° С реакцией пиролиза силана, которая идет практически с таковой же Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... скоростью, как и реакция восстановления SiCl4 при температуре 1200° С:

SiH4 => Si + 2Н2

cкорость возрастающей пленки находится в зависимости от давления в реакторе. В интервале температур 1100 - 1225° С скорость роста пленки фактически не находится в Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... зависимости от температуры.

При температурах выше 1225° С начинается газофазное раз­ложение силана, что приводит к уменьшению скорости осаж­дения Si. Скорость осаждения пленки также зависит от концент­рации силана Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... в газовом потоке. При концентрациях силана огромных, чем 0,2 маc. %, и температурах выше 1100° С скорость осаждения миниатюризируется из-за газофазного разложения SiH4. Газофазное разложение силана кроме уменьшения количества Si, осаждающегося на пластинку, приводит к попаданию жестких Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... частиц товаров газофазного пиролиза SiH4 в возрастающий слой.

Силановый процесс, который проводится при относительно низкой температуре, позволяет просто регулировать концент­рацию SiH4 в газовом потоке, выбирать спектр скоростей, слабо Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... зависящий от температуры, что упрощает поддержание рабочей температуры с точностью ± 10° С.

К недочетам гидридной эпитаксии следует отнести пирофорность силана (возможность самовозгорания на воздухе и взрыва). Это приводит к необходимости разбавлять силан ар Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология...­гоном либо водородом до неопасных концентраций в баллоне (2,5 — 4 %). Не считая того, если вышло газофазное разложение SiH4, то реактор, не имеющий водяного остывания, "зарастает" и выращенные пленки имеют огромную плотность изъянов. При гидридном процессе Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... требуется кропотливо герметизировать все элементы газовых магистралей и узлы обскурантистской камеры, потому что при содействии SiH4 с воздухом появляется соеди­нение, которое может забить магистрали. По сопоставлению с хло­ридом силан Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... — дорогостоящий продукт.

Пиролиз дихлорсилана. Гидридную эпитаксию можно выполнить реакцией пиролиза дихлорсилана SiH2Cl2. Реакция начинается при температуре 600° С. Оптималь­ные температуры для получения пленок 1080 - 1100° С. Ухуд­шение свойства слоев происходит при температуре ниже 1050° С Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология....

Хим реакции с ролью SiH2Cl2 занимают проме­жуточное положение меж реакциями с ролью SiCl4 и SiH4. Осаждение Si из SiH2Cl2 может происходить в среде аргона либо азота по Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... реакции

SiH2Cl2 => Si +2HCl

при этом водород не оказывает восстанавливающего деяния. Не считая основной реакции вероятны побочные:

SiHCl3 + Ar => Si + ЗНСl

SiCl2 + Ar => Si + 2HCl

SiCl4 + Ar => Si + 4HCl

Разложение SiH2Cl2 при излишках Н2 уменьшает Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... вероят­ность протекания побочных реакций.

Как и при прошлом процессе, на скорость роста эпитаксиальной пленки очень оказывает влияние концентрация SiH2Cl2 в Н2 и температура процесса. В спектре 1100 — 1200° С, но, это воздействие некординально Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология.... Энергия активации процесса при пиролизе дихлорсилана невелика, что свидетельствует о том, что скорость осаждения определяется только массопереносом реагентов в газовой фазе.

При пиролизе SiH2Cl2, протекающем при относительно низких рабочих температурах (1080 — 1100° С), фактически Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... отсутствует газофазное разложение, вероятен подбор критерий осаждения, не зависящих от температуры. К недочетам отно­сятся завышенное требование к плотности газовых магист­ралей и обскурантистской камере и в пару раз большая стои Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология...­мость SiH2 Cl2 по сопоставлению с SiCl4.

Главные технологические характеристики процессов эпитаксиального осаждения пленок приведены в таблице 5.7.1. Выбор того либо другого кремнийсодержащего соединения для эпитаксии Si находится в зависимости от способностей оборудования и температурные Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... ограничений определенного технологического маршрута.

Хлоридный способ заключается в восстановлении водородом кремния из S1CI4 • Реакция восстановления является гетерогенной

SiCl4 + 2Н2 => Si + 4HCl

При относительно низких температурах скорость осаждения пленок описывается уравнением

Vp=Aexp Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология...[-E/(RT)]

Где E – энергия активации процесса; A и R - неизменные, Т – температура процесса.

зом. Пластинки после подготовительной аммиачно-перекисной отмывки устанавливают на подложкодержатель. Инспектируют плотность установки по скорости уменьшения лишнего Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... давления газа азота. Плотность установки и реактора счи­таются достаточными, если лишнее давление 0,2 • 105 Па за 30 мин не миниатюризируется. После чего обскурантистскую камеру продувают азотом в течение 5 мин (с расходом газа 1,5 м3 /ч Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология...). Дальше реактор продувают рабочим газом-носителем водородом в течение 5 мин и нагревают подложкодержатель с пластинами до рабочей температуры (1200 - 1250° С).

Рабочую температуру держут под контролем оптическим пиромет­ром через особое смотровое окно в реакторе. После от Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология...­жига пластинок при рабочей температуре в течение 5-7 мин про­изводится их газовое травление. Для этого к основному газу-носителю добавляют газообразный хлористый водород (расход хлористого водорода определяют по ротаметру либо более Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... точно с внедрением регулятора расхода газа). Газовое трав­ление проводится 1-2 мин со скоростью травления 0,1 -0,2 мкм/мин. После травления газовую магистраль с хлорис­тым водородом закрывают. Во время газового травления испа Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология...­ритель с SiCl4 продувают водородом на байпасную линию для установления требуемого рабочего расхода. Водород, проходя через испаритель, насыщается его парами. Смесь SiCl4 + H2 после окончания газового травления добавляется к основному сгустку водорода методом открывания соответственных Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... газовых кранов. После окончания выкармливания эпитаксиальной струк­туры линию подачи водорода в испаритель закрывают.

Повышение концентрации SiCl4 выше некого крити­ческого значения приводит к образованию газообразного НС1, который травит поверхность пластинки Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... и осаждаемого слоя.

Ускорение роста с повышением температуры связано с более насыщенным протеканием реакции восстанов­ления. Увеличение скорости газового потока при фиксирован­ной температуре также приводит к повышению скорости роста, что связано Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... с интенсификацией доставки и отвода товаров реакции.

Удельное сопротивление эпитаксиальной структуры находится в зависимости от типа и количества примесей, введенных в газовую смесь в процессе осаждения. В качестве источников легирующей Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... приме­си п- и р-типов употребляют фосфин (РН3) и диборан (В2Н6) соответственно. Зависимость концентрации примеси в возрастающей пленке от концентрации примеси в газовой фазе очень непростая.

Хлоридным способом получают эпитаксиальные структуры с Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... низкой дефектностью, т.е. малой плотностью изъянов упаковки и дислокации [порядка (2…5) 102 см-2], что вязано с гетерогенным нравом протекания реакции. Усло­вия реакции можно подобрать таким макаром, чтоб не проис­ходило взаимодействия меж Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... реагентами и стенами реактора, что обеспечивает чистоту процесса. Не считая того, SiCl4 просто поддается чистке, нетоксичен и недорог, что позволяет предъявлять пониженные требования к плотности газовых магистралей.

Недочеты хлоридного процесса — сравнимо Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... высочайший спектр ра6очих тёмператур (1200 - 1250° С) и, как след­ствие" невозможность получения резких p-n-переходов из-за "диффузионного размытия" границы пленка — пластинка во время процесса эпитаксиального осаждения.

Если нужно получать пленки с резким Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... конфигурацией концентрации примесей на границе пластинка - эпитаксиальный слой, употребляют реакцию пиролиза силана.

Главные свойства технологических процессов при эпитаксиальном осаждении Si Таблица 5.7.1

Источник кремния Спектр Спектр темпе- Допусти-

скорости ратуры, С мый уро Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология...-

роста, вень кон-

мкм/мин центрации

окислите­-

ля х 10-4, %

SiCL, + Н2 0,4 - 1,5 1150 - 1250 5-10

SiHCl3 + Н2 0,4 - 2,0 1100 - 1200 5-10

SiH2Cl2 + H2 0,4-3,0 1050-1150 <5

SiH4 + H2 0,2-0,3 950-1050 <2

SiH4 + Н2 + Не 0,1 900 <2

Эпитаксию из парогазовых консистенций обычно проводят при атмосферном давлении (10s Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... Па). Снижение давления до (6,5 …13) х 103 Па позволяет уменьшить эффекты бокового и вертикального автолегирования.


5.8 Легирование при эпитаксии

Кремний при автоэпитаксиальном росте легируют элемента­ми III и V групп повторяющейся таблицы. Более нередко для легирования Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... употребляют соединения, содержащие фосфор, мышьяк и бор. Зависимо от концентрации примеси, ее типа и метода легирования получают кремниевые слои, обла­дающие различным сопротивлением .

Зависимость сопротивления ЭС от концентрации источников примеси Таблица 5.8.1

Легирующая Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... примесь в N, см р, Ом • см

источнике кремния

Донорные: 1014 50

РС15 в S1CI4 10l5 5

1016 0,6

1017 0,08
AsCl3,BSiCl4 1018 0,025

либо 1019 0,006

РН3 в Н2 1020 0,0008

Акцепторная 1015 13

В2Н6вН2 1016 1,5

1017 0,25

1018 0,06

1019 0,01

1020 0,001

Жидкостное легирование. При непосредствен­ном смешивании SiCL) с водянистыми источниками Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... примесей гало-генидов (РС13, ВВr3, AsCl3) давления паров SiCl4 и источника должны быть близкими.

Обычно требуется маленькая концентрация примеси, поэ­тому при использовании водянистых источников их неоднократно разбавляют, в итоге чего Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... получают смеси с относитель­ным содержанием примеси от 10~9 до 10~2. Это обеспечивает уровень легирования ЭС от 1014 до 1019 ат/см3.

Для получения воспроизводимых результатов при легиро­вании бором нужно использовать борсодержащие соединения с высочайшей Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... температурой кипения. При легировании легирующее соединение помещают в отдельный испаритель, а количество бора, поступающего в реактор, регулируют потоком транспор­тирующего газа Н2, проходящего через испаритель.

Зависимо от температуры осаждения при легировании Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... в системе SiCl4 - РСl5 и SiCl4 - SbCl5 сопротивление получае­мых слоев оказывается разным. При легировании сурьмой эта зависимость более ярко выражена.

Концентрация фосфора и сурьмы в выращиваемых слоях обычно пропорциональна их концентрации в консистенции Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... и не находится в зависимости от скорости роста пленки.

Жидкостные способы легирования используют при выращи­вании однослойных структур. При выращивании мультислойных структур с различным типом электропроводности либо с переменной концентрацией Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... примеси по толщине они неприменимы. Это связа­но с тем, что галогениды отлично адсорбируются стенами газо­проводов и реакторов, загрязняя установку и вызывая необ­ходимость промывки газовой системы и реакторов перед вы­ращиванием следующего слоя Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология....

Газовое легирование. При легировании с исполь­зованием газообразных примесных соединений гидридов фосфина (РН3), арсина (AsH3), диборана (В2Н6) их взаимодей­ствие с поверхностью газопроводов и реактора значительно миниатюризируется.

Уровень Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... легирования находится в зависимости от температуры, уменьшаясь с ее ростом, от концентрации легирующих примесей в газе и от его парциального давления. ,Так, при 1200° С уровень легирования кремниевой пленки фосфором из РН3 прямо Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... до кон­центраций 1018 см"3 линейно увеличивается с увеличением концент­рации РН3. При одном и том же значении парциального давления легирующего газа более высшую концентрацию примеси в растущем слое получают при легировании его бором (из ди Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология...­борана) в сопоставлении с As (из арсина). Это связано с тем, что арсин отчасти конденсируется на внутренних стенах обскурантистской камеры из-за высочайшего парциального давления а бор, имеющийся в виде Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... газообразного соединения низшей валентности ВН3, при больших температурах на их не конден­сируется.

Главным фактором, влияющим на уровень легирования слоев кремния гидридами, является концентрация парогазовой консистенции и температура процесса. Потому для дозы леги­рующих Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... гидридов используют расходомеры с точностью отсчета более 1 % и воспроизводимостью отсчета, равно 0,2 % мак­симального расхода.

Для регулирования в широком спектре концентрации ле­гирующего гидрида употребляют системы двойного разбавления водородом и держут Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... под контролем сброс основной толики разбавляемого газового потока расходомером.

Газоразрядное легирование. Газоразряд­ный метод легирования более неопасен для обслуживаю­щего персонала, потому при проведении процесса рабочий мо­жет находиться рядом с обскурантистской камерой Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология.... Легирующую газовую смесь приготавливают в специальной газоразрядной ка­мере, через которую пропускают водород. В камере располагают электроды, материал которых содержит элементы III и V групп повторяющейся системы. Материалы электродов должны Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... быть проводящими, высокооднородными, иметь высшую тепло­ту испарения.

Для получения эпитаксиальных слоев дырочного типа электропроводности в большинстве случаев употребляют электроды из бо-рида лантана LaB6. электрического типа — из сурьмы, сплава кремния с 0,1 мае Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология.... % фосфора либо сплава сурьмы с 1 мае. % мышьяка. При подаче на электроды высочайшего неизменного либо импульсного напряжения меж ними появляется газовый разряд, в итоге которого образуются летучие соединения частей материала электрода. Этот метод Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... позволяет леги­ровать кремниевую пластинку в спектре контролируемых концентраций: мышьяком 5 • 1015 - 1 • 1018 см"3 и бором 3 • 1015 - 5 • 1017 см'3.

Для получения контролируемого легирования нужно управлять скоростью протекания газа через разрядную ка­меру, расстоянием меж электродами, мощностью, подводи Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология...­мой к электродам, иметь подходящий материал электродов.

Самым гибким методом управления степенью легирования в режиме тлеющего разряда является изменение разрядного тока. На рисунке 5.8.1 показана зависимость уровня легирования бо­ром от тока Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... газового разряда для электродов из LaB6, откуда следует, что при изменении разрядного тока до 500 мкА уровень легирования добивается максимальной концентрации.




Набросок 5.8.1. Зависи­мость уровня NB легирования бором от тока газового разряда Ip Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... пленки шириной L = 2 мм


Режимы легирования газоразрядным способом Таблица 5.8.2

Частота повторе- Характеристики ЭС

ния импульсов,

Гц Расстояние Толщина плен- Удельное объем-

меж электро- ки, мкм ное сопротивле-

дами, мм ние, Ом • см

210 5 15,5 0,074

6 20 0,04

7 20 0,09
10 18,5 0,107

100 5 18,3 0,1

7 16,3 0,106

10 14,1 0,138

50 5 19 3,0

6 19 3,0

7 18,2 2,5
10 16,3 1,0

Процессы, происходящие при всем этом Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... в разрядной камере, последующие. При подаче высочайшего напряжения в камере появляются нестабильные легирующие соединения. Время их существования наращивают за счет увеличения скорости потока водорода через камеру. Присутствие в камере водорода приводит также к Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... росту коли­чества легирующих атомов в объеме камеры. При очень огромных потоках водорода рост концентрации легирующих атомов за­медляется, потому что скорость образования легирующих соеди­нений в зоне разряда ограничена. Повысить ее Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... можно только методом роста мощности разрядного генератора, приклады­ваемой к электродам.

С ростом частоты импульсов уровень легирования также увеличивается за счет роста энергии, выделяемой в зоне разряда в единицу времени Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология....

При легировании бором образующиеся в итоге разряда атомы являются его гидридами. При легировании мышья­ком просто распыляются электроды.

Газоразрядное легирование желательно использовать для получения малых концентраций легирующей примеси и при разработке мультислойных структур Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология....

Необходимо подчеркнуть, что процесс роста пленки и ее легиро­вания тесновато взаимосвязаны. Так, при повышении скорости роста пленки от 0,1 до 1,0 мкм/мин концентрация легирующей примеси, к примеру As, в эпитаксиальном слое миниатюризируется Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... на порядок.

Автолегирование. Не считая контролируемых примесей в эпитаксиальный слой попадают и неконтролируемые примеси из пластинки. Этот процесс именуется автолегированием. Механизм автолегирования представлен на рисунке 5.8.2. Неконтролируемые примеси внедряются в возрастающий эпитаксиальный слой 1 за Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... счет твердо­тельной диффузии 6 через границу 2 ЭС - пластинка 3, также за счет испарения примеси с нерабочих поверхностей пластинки и переноса через газовую фазу 7, 8. С лицевой стороны плас­тины автолегирование проявляется Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... как повышение ширины переходной области d — d1 меж слоем и пластинкой (Набросок 5.8.3).

При эпитаксии кремния скорость роста пленки значительно превосходит скорость диффузии атомов примеси, потому



Набросок 5.8.2. Схема автолегирования:
1 - эпитаксиальный слой; 2 - металлургическая граница ЭС - плас­тина Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология...; 3 - пластинка; 4 - подложкодержатель; 5 - сокрытый слой; 6 -твердотельная диффузия; 7, 8 -перенос примеси через газовую фазу с нерабочей и боковой (торцевой) стороны пластинки




Набросок 5.8.3. Рассредотачивание концен­трации примеси N на границе перехода пластинка - эпитаксиальная структура по глубине Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... х пластинки:

0 - d - начало равномерного участка примесного профиля в ЭС; d1 - - начало равно­мерного участка примесного профиля в пластинке; d — dl — переходный спой; 0 – d1 — полная толщина ЭС


профиль легирования пленки в главном определяется пере Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология...­носом примеси через газовую фазу. Примесь перебегает в газо­вую фазу на шаге подготовительного прогрева. На поверхности пластинки появляется адсорбированный слой примесных атомов, которые и захватываются возрастающей пленкой. Примесные атомы адсорбируются и Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... подложкодержателем.

При автолегировании диффузия по поверхности пластинки не играет значимой роли. Установлено, что разница меж наивысшими концентрациями примеси при автолегировании мышьяком составляет 2—3 порядка.

Для уменьшения автолегирования нерабочую поверхность пластинки маскируют SiO2 либо Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... Si3N4. В ближайшее время для уменьшения автолегирования употребляют пониженное давление. Разницу в скорости испарения при использовании для эпитаксии кремния проточной системы и вакуума можно разъяснить нали­чием пограничного слоя у Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... поверхности пластинки, влияющего на условия испарения. Поток примеси в газовую фазу с нерабо­чих поверхностей пропорционален концентрации в поверхност­ном слое этих поверхностей. Часть потока осаждается на расту­щей пленке. В вакууме Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... эта часть потока сводится к минимуму.

Автолегирование миниатюризируется и при понижении скорости роста пленки (как над сокрытым слоем, так и вне его). Оно находится в зависимости от площади укрытого слоя и с ее Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... уменьшением умень­шается пропорционально (где Scc - площадь укрытого слоя). Уменьшение автолегирования наблюдается при повы­шении температуры эпитаксии прямо до 1050 — 1100° С. В хлоридном процессе (по сопоставлению с силановым) оно меньше, что разъясняется наличием дополнительного Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... подтравливания поверхности хлористым водородом, в итоге чего умень­шается количеством атомов примеси, захватываемых возрастающей пленкой.


5.9. Тепловое окисление Si


При тепловом окислении пленка SiO2 появляется за счет хим взаимодействия частиц окислителя с атомами кремния Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология.... Ее рост происходит в приповерхностном слое кремниевой пластинки (Набросок 5.9.1), вследствие чего ~40 % толщины ок­сидной пленки (di) появляется за счет материала кремниевой пластинки. Из-за огромного сродства к кислороду поверхность кремния Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... уже при комнатной температуре бывает покрыта пленкой оксида шириной ~50 -г 100 А. Для роста ее тол­щины до требуемой нужна тепловая стимуляция окис­ления.

Процесс теплового окисления происходит в несколько стадий (Набросок Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... 5.9.2): адсорбции ^ 1 - осаждения частиц окислителя (О2, Н2О) из парогазовой консистенции (ПГС) на наружной поверх­ности оксида; диффузии 2 частиц окислителя через оксид к границе раздела Si - SiO2; хим взаимодействия 3 окислителя с кремнием и образования новых Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... слоев SiO2; диф­фузии 4 газообразных товаров реакции через оксид к его наружной поверхности; десорбции их и удаления 5 газовым потоком.

Тепловое окисление бывает высокотемпературным (1000 - 1200 С) в атмосфере сухого кислорода либо паров воды при атмосферном Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... давлении и в парах воды при повышен­ном давлении (~2 МПа) и температуре 500 - 800° С.

Хим реакции, описывающие процесс теплового окисления кремния в кислороде и парах воды, имеют соответ­ственно последующий вид Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология...:

Si + О2 => SiO2

Si + 2H2O => SiO2 +2H2

Таким макаром, рост оксида происходит на границе раздела Si - SiO2, которая в процессе окисления движется в глубь кремниевой пластинки. Наружняя поверхность оксида подымается вверх за Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... счет огромных размеров молекул SiO2.

Скорость окисления определяется скоростью самой мед­ленной стадии. После заслуги некой критичной тол­щины SiO2 таковой стадией является диффузия окислителя через



Набросок 5.9.1. Вид кремниевой пласти­ны Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... начальной толщины h с плен­кой SiO2 шириной d




Набросок 5.9.2. Кинетика процесса теплового окисления


растущую пленку к границе раздела Si - SiO2. Коэффициенты диффузии частиц О2 и Н2О очень зависят от температуры и для кислорода Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... значительно ниже, чем для водяного пара. Поэ­тому скорость роста оксида во мокроватом кислороде выше, чем в сухом (Таблица 5.9.1).

Процесс окисления описывается линейно-параболическим законом

d2 + Kxd = K2t,

где d - толщина оксида; t Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... — время окисления; К^ и К2 -соответственно линейная и параболическая константы ско­рости окисления. Линейная составляющая скорости роста свя­зана с хим реакцией на границе раздела, а параболичес­кая — с диффузионной Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... стадией.

При температуре выше 1000° С процесс окисления подчи­няется параболическому закону

d2 = K2t ,

а ниже 1000° С - линейному d = Krt .

Значение параболической константы находится в зависимости от вида и концентрации частиц окислителя, также от давления ПГС Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... в реакторе.

Скорость роста оксидной пленки находится в зависимости от кристаллографической ориентации окис­ляемой поверхности. Так, для кремниевых пластинок (Набросок 5.9.3) с ориентацией (111) скорость окисления несколько выше (черные точки), чем с ори Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология...­ентацией (100) (светлые точ­ки) в особенности при низких температурах.

При больших скоростях роста во мокроватом кислороде и парах воды качество пленок SiO2 ниже (более высочайшая пористость, ужаснее характеристики границы раздела Si — SiO2), потому Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... при их получении нередко употребляют комбиниро­ванное окисление. При всем этом сначала в сухом кислороде выращивают узкий (~0,1 мкм) слой оксида, потом во мокроватом кислороде доращивают его до толщины 0,2 … 0,8 мкм и завершают Температуры плавления и испарения элементов Таблица 5.1.1 - Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология... процесс вновь окислением в сухом кислороде.




Набросок 5.9.3. Зависимость толщины слоя оксида от времени окисления во мокроватом кислороде для различных ориентации плоскости окисляемой поверхности



tendencii-razvitiya-sovremennogo-obshestva.html
tendencii-razvitiya-torgovo-ekonomicheskogo-sotrudnichestva-stran-briks-braziliya-rossiya-indiya-kitaj-yuar.html
tendencii-razvitiya-visshego-obrazovaniya-za-rubezhom-bolonskij-process.html