Активируемое плазмой осаждение из газовой фазы.
Осаждение из газовой фазы при пониженном давлении.
Поликристаллический кремний, диоксид кремния, нитрид кремния и силициды тугоплавких металлов получают разложением летучих соединений кремния, например моносилана SiH4. Моносилан – стабильное но высокотоксичное соединение, пирофорное при контакте с воздухом Помимо моносилана применяют тетрахлорид кремния SiCl4, тетрахлорсилан SiHCl3, дисила Si2H6. В Таблице 3 приведены параметры важнейших технологических процессов на основе осаждения пленок из газовой фазы пониженного давления, применяемых в микроэлектронике.
Таблица 3.
| Получаемые пленки | Типичные реакции | Рабочий газ | Газовые примеси при легировании или продукты реакций |
| Поликремний | SiH4→поли-Si+2H2 | SiH4, SiCl4, SiHCl3, SiH2Cl2, Si2H6 и их смеси. | PH3, AsH3, B2H6, H2 |
| Диоксид кремния | SiH4+O2→SiO2+2H2O2 SiH4+2CO2→ SiO2+4CO+2H2O2$ SiH2Cl2+2N2O→SiO2+2N2 | SiH4, SiH2Cl2, N2O, O2 | PH3, AsH3 |
| Нитрид кремния | 3SiH4+4NH3→Si3N4+12H2 | SiH4, SiH2Cl2, NH3 и их смеси | PH3, AsH3, Н2 |
| Силициды | WF6+2SiH4→WSi2+6HF+H2 | WF6, SiH4 | HF, H2 |
| Вольфрам | WF6+3H2→W+6HF | WF6, H2 | HF |
| Алюминий | 2AlCl3+3H2→2Al+6HCl | H2 и его смеси с N2, He, Ar | HCl |
Все используемые газовые реагенты должны обладать высокой степенью чистоты, а также осушены для удаления паров воды. Эпитаксиальные слои легируют бором для получения проводимости n – типа и фосфором для получения проводимости p – типа. Для легирования данными компонентами применяют их летучие соединения – гидриды, хлориды, бромиды или фториды.
На Рис. 3 приведена схема реактора для выращивания эпитаксиальных пленок кремния при активации процесса низкотемпературной плазмой.
Рис. 3. Схема реактора для выращивания эпитаксиальных пленок кремния.
На Рис. 3 обозначено: 1 – масс-спектрометр, 2 – галогенные лампы, 3 – ВЧ-электрод, 4 – оптический пирометр, 5 – напуск газа, 6 – экран, 7 – кварцевая трубка, 8 – подставка для крепления пластин, 9 – заземленный электрод, 10 – подача напряжения смещения, 11 – датчик давления, 12 – вакуумный затвор.
Кварцевая трубка имеет диаметр 160 мм и высоту 380 мм. Трубка нагревается галогеновыми лампами до температуры 800 0С. ВЧ-напряжение частотой 13,56 МГц подводится к электроду в верхней части кварцевой трубки, снизу трубки находится заземленный электрод. Пластины – подложки размещаются на конусообразной подставке. Предварительно реактор откачивается до остаточного давления 10-5 Па. Затем на верхний электрод подают ВЧ-напряжение мощностью 50 Вт, а на пластины – постоянное отрицательное напряжение смещения 300 Вольт. Одновременно в реактор напускают аргон до давления 2 Па, в результате чего в реакторе зажигается тлеющий разряд, и образующиеся положительно заряженные ионы аргона очищают поверхность пластин от загрязнений. После очистки пластин аргон откачивают, в реактор напускают силан SiH4 и снижают уровень ВЧ-мощности до 20 Вт. Скорость роста эпитаксиального кремния составляет 6 нм/мин при температуре подложки 600 0С, а при температуре подложки 750 0С она достигает 30 нм/мин.