Разделы

Авто
Бизнес
Болезни
Дом
Защита
Здоровье
Интернет
Компьютеры
Медицина
Науки
Обучение
Общество
Питание
Политика
Производство
Промышленность
Спорт
Техника
Экономика

Механизм процесса эпитаксии

Электронной техники

Эпитаксиальные процессы в технологии материалов

 

Термин «эпитаксия» происходит от 2-х греческих слов эпи - «на» и глагола «таксис» - «располагать в порядке» и означает ориентированное наращивание, в результате которого образующаяся новая фаза закономерно продолжающая кристаллическую решетку подложки.

В современной микроэлектронике процессы эпитаксии занимают одно из ведущих мест, увеличивая выход годных изделий в планарной технологии в 4-5 раз (до 97-98%). Используется для наращивания Si, Ge, SiC, AIIIBV, KPT, сложных полупроводниковых структур.

По природе взаимодействия «подложка - растущая кристаллическая фаза» эпитаксиальные процессы подразделяются на:

- автоэпитаксию (гомоэпитаксию)- процесс наращивания вещества, одинакового по структуре и химическому составу (отличие может быть в уровне легирования);

- гетероэпитаксию - процесс наращивания вещества, отличающегося по химическому составу, но подобного по структуре с подложкой;

- хемоэпитаксию – процесс ориентированного наращивания вещества - продукта взаимодействия подложки и исходной фазы. Слой отличается по химическому составу от подложки и среды, но закономерно продолжает структуру подложки;

- реотаксию – наращивание кристаллического слоя в условиях, близких к равновесным на подложке как механическом носителе (ни структура, ни химический состав подложки не соответствуют наносимому веществу).

По химической природе вещества в период переноса эпитаксиальные процессы бывают: прямыми (вещество переносится без промежуточных реакций) - вакуумные испытания, сублимация, молекулярная эпитаксия и непрямыми (вещество переносится вступая в химическую реакцию и образуя промежуточную фазу) – пиролиз, окисление, восстановление, диспропорционирование, химический синтез.

По агрегатному состоянию исходной фазы все эпитаксиальные процессы делятся на 1) газофазные (парофазные) - газофазная эпитаксия; 2) жидкофазные - жидкофазная эпитаксия; 3) эпитаксия в системе пар-жидкость-кристалл (ПЖК) (жидкая фаза представляет собой тонкую промежуточную пленку расплава Cu, Ag, Au, Fe); 4) эпитаксия в твердой фазе. Процесс сводится к перекристаллизации вещества в поверхностном слое твердой фазы или к синтезу его в поверхностном слое с последующей перекристаллизацией.

 

 

Существуют несколько физических моделей эпитаксического роста. Впервые теория ориентированного роста на подложке (теория псевдоморфизма) была предложена в 1949 г. Франком и Ван-дер-Мерве. Согласно этой теории, система слой-подложка имеет минимальную энергию при близком соответствии параметров решеток первого молекулярного слоя растущей фазы и подложки. Предпочтительно более полное соответствие. По мере роста кристалла деформация роста уменьшается. Образуется переходный слой (псевдоморфная фаза). Последующие слои имеют неискаженную решетку, а роль подложки нивелируется.

В дальнейшем экспериментально было показано, что ориентированный рост возможен и в том случае, когда параметры решетки материала подложки и слоя сильно отличаются и даже если они относятся к разным сингониям.

Объясняется это по одной из гипотез - формированием двойников на границе раздела слой-подложка.

Согласно современным представлениям, главную роль в процессе зарождения и роста новой фазы играет структура реальной поверхности подложки.

Процесс эпитаксии имеет несколько стадий:

- перенос реагентов к поверхности подложки;

- адсорбция реагентов;

- поверхностные реакции и поверхностная диффузия;

- десорбция побочных продуктов реакции;

- перенос побочных продуктов в основной поток.

Как правило, скорость процесса лимитируется либо поверхностными реакциями (кинетический режим), либо диффузионными процессами (диффузные ограничения). В процессах с диффузными ограничениями растут совершенные по структуре и гладкие однородные слои. В условиях кинетического режима слои имеют сильно развитую поверхность с мозаичной структурой.

Начальная стадия роста эпитаксиального слоя состоит в формировании на поверхности системы зародышей критического радиуса. Зародыши от кластеров (скоплений атомов) отличаются тем, что они воспроизводят кристаллическую решетку осаждаемого вещества. Двумерные зародыши формируются уже при пересыщениях ~ 1%. Далее атомы, молекулы, кластеры исходной фазы, осаждаясь на подложке, мигрируют по ней, закрепляясь у зародышей, увеличивая их размеры, образуя островковую структуру. Островки сливаются в сплошной слой. Наибольшая скорость роста эпитаксиальных слоев наблюдаются на плоскостях подложки с большими индексами Миллера (грани быстрого роста). Для кубической решетки это [130] и [140]. По мере роста эти грани уменьшаются по площади и исчезают, уступая место другим граням. При этом эпитаксиальный слой меняет свою ориентацию относительно подложки, причем это может быть несколько раз за время роста пленки.

 

Дата публикации:2014-01-23

Просмотров:632

Вернуться в оглавление:

Комментария пока нет...


Имя* (по-русски):
Почта* (e-mail):Не публикуется
Ответить (до 1000 символов):







 

2012-2018 lekcion.ru. За поставленную ссылку спасибо.