Va yarimotkazgichli asboblar texnologiyasi
Download 94.09 Kb. Pdf ko'rish
|
|
111 . 2 1 , Z?-rasmda yuqori unum dorlikka ega bo'lgan ishchi aralashm ani gorizontal kiritishning baraban ko'rinishidagi vertikal reaktori ko'rsatilgan. T o'rt qirrali grafitli taglik ushlagichni qizdirish yuqori chastotali tok induktori bilan amalga oshiriladi, reaktor kvars naydan iborat. Barabanli taglik ushlagichni zanglamas po'latdan tayyorlangan reaktor ichida rezistiv elem entlar yordamida qizdiriladi. Bu qizdirish b a ’zan reaktorning kamchiligi deb ataladi. Xlorid usulida epitaksial qatlam larni olish qurilmasi III.22-rasm da berilgan. Legirlangan epitaksial qatlamni olish uchun tetraxlorid kremniy yoki legirlovchi qo'shim chalar p- turni ВВгз yoki n-turni PCI 3 hosil qiluvchi legirlovchi qo'shim cha tarkibli aralashm alar SiCl 4 +BBr 3 yoki SiCl 4 +PCl 3 term ostat idishda tetraxlorid tem peraturasi yuqori aniqlikda ushlab turiladi. Bu esa, zaruriy bug' bosimini ta ’minlaydi. Odatda bu tem pe- ratura 0°C dan past, chunki SiCl 4 juda uchuvchi suyuqlik. III. 22-rasm. Epitaksial uchun qurilma sxemasi. Forvakuum nasosga Skrubberga kremniy olish 211 Sistemaga pailadiy tozalovidan o4gan vodorod beriladi. Chunki palladiy tozalov nam va kislorod qoldiqlaridan vodorodni tozalaydi. Palladiy yoki platinali tozalov sistemasi 400°C-450°C qizdirilgan diafragmadan iborat. Bu diafragma orqali yuqori tezlikda atom ar vodorod diffuziyalanadi va uning sarfi lm 3/soat ni tashkil qilib boshqa m oddalar bu diafragma orqali u mu man o ‘tmaydi, chunki ularning diffuziya koeffitsienti kichik. Tozalov nuqtasi shudringdan sokng -70°C ni tashkil qiladi. Vodorod 1 kran- vodorod sarfmi olchovchi rotam etr orqali o4adi. 2, J, 4 kranlar yopiq. Kremniyli tagliklar 1000°C- 1200°C gacha qizdiriladi va ularning sirti vodorod oqim ida tozalanadi. 1 kran yopiladi, 2 va 3 kranlar ochiladi. Vodorod SiCl 4 li idish orqali o"tadi va reaktorga tetraxlorid bug‘i bilan to ‘yinib eiem entar kremniy tiklanadi. Reaksiyada qatnashm agan SiCl 4 , H 2 , HC1 va boshqa mahsulotlar 5 ochiq kran orqali skrubberga chiqadi. Skrubber vazifasi zaharli chiqindilarni ushlab qoladi, vodorod alangasida yondirib yuboradi. Epitaksial o\stirishda gaz yedirish uchun 1 kran orqali MCI epitaksiya jarayonidan oldin beriladi. Epitaksial o'stirish texnologiyasi plastinkaga q o ‘yilgan talablarlardan kelib chiqadi. Bu epitaksial qatlam qalinligi va legirlanish sath qiymatlari (aniqligi ±5-И0%) yomon b o lm ag an holda yechiladi. Epitaksial qatlam qalinligi talab darajasidagi takroriylikka erishish uchun o ‘sish tezligining doimiyligini saqlash kerak. Buning uchun esa SiCl 4 , SiH 2 asosiy m oddalar konsentratsiya sathini, bu jarayonda tem peraturani o “zgarmas ushlab turish kerak. Epitaksial qatlam solishtirma qarshiligining bir xil boTishligi uchun qizdirish tekis bo'lishi kerak. Germaniy epitaksiyasi. G erm aniy epitaksiyasiga qiziqish germaniyli kam shovqinli o ‘ta yuqori chastotali tranzistorlar va IMS yaratish m uhimligidan kelib chiqadi. Chunki, bu asboblar kremniyli IMS larga nisbatan past tem peraturalarda samaraliroq ishlaydi. G erm aniy epitaksial qatlam larini o ‘stirishning xlorid usuli yaxshi o'rganilgan. O'tqazish 800°C da baiariladi va germaniy tetraxloridi zichligi 0,2%ga yaqin b o la d i. Aralashma oqimi tezligi tanlangan qiymati reaktor tuzilishiga, oqim berish usuliga bogcliq bo4ib, odatda tezlik kattaligi 20 sm/s dan oshmaydi. Epitaksial qatlamning 800°C da o'sish tezligi 0,5 m km /m in ni tashkil qiladi. G erm aniy epitaksial qatlam larni o'stirishning gidrid usulida olish vodorod m uhitida G e H 4 yordamida 700°C tem peratura yaqinida va 212 G eH 4 zichligi 0 , 1 %— 0 , 2 % b o ‘lganida bajariladi. 0 ‘sish tezligi 800°C gacha oshib boradi, keyin gaz fazada G eH 4 parchalanishi kamayadi. G eH 4ning gaz fazali parchalanishini kamaytirish uchun yuqori tezlikdagi gaz oqim idan foydalaniladi. Sanoat yetarli darajada toza germaniy tetraxlorididan foydalanganligi uchun solishtirma qarshiligi 15 Om-sm dan katta bo'lgan epitaksial qatlamni olish imkonini beradi. Yana kam roq qo‘llaniIadigan usullardan biri yopiq havosi so‘rilgan kvars nayda olishdir. Nayda germaniy tetrayodidi G e l 4 b o ‘lib, bu zona 550°C-700°C gacha qizdiriladi. Nayning ikkinchi zonasida germaniy taglik bo‘Iib uning temperaturasi 300°C-400°C ni tashkil qiladi. Birinchi zonada quyidagi reaksiya ketadi: G eI 4 +G e-> 2 G e l 2 . G erm aniy diyodidi taglikka diffuziyalanib, quyidagi reaksiya sodir b o ‘ladi: N atijada germaniy taglikka o'tiradi, bug'lari esa manba zonasiga diffuziyalanadi va reaksiya yana qaytariladi. Kerakli solishtirma qarshilikli epitaksial qatlam larni olish uchun qattiq fazaga aniq miqdorda kirishmalar kiritish kerak. Epitaksiya jarayonida kirishmalarni kiritish uchun uchuvchi birikmalarning III va V guruh elem entidan foydalaniladi. Bu moddalarga galogenidlar (PC13, AsCl3, SbCl3, SbCl 5 , BC13, BBr) va gidridlar (P H 3 — fosfin, AsH 3 -arsin, B 2 H 6 ~ diboran) kiradi. Galogenidlar va gidridlar qatnashishida legirlash reaksiyalarini quyidagicha yozish mumkin: D onor kirishmalar bilan kremniyni legirlashda bu reaksiyalarning muvozanati o'ng tom onga kuchli siljigan b o ‘lib, amaliy jihatdan kirishma birikmalarining to ‘la aylanishi yuz beradi. Epitaksial qatlamlarni legirlashning asosiy usullariga quyidagilar kiradi: gaz aralashmali, suyuq legirlash va gaz razryadli. 2Geb~>GeI4+Ge (111.25) 12.5. Epitaksial tuzilmalarni legirlash H C l 3 +(3/2)H 2 oX (gaz)+ 3H C l, X H 3 + ^X (gaz)+ (3/2)H 2, H (G )o X (q a t. ). (111.26) (111.27) ( 111 . 28 ) 213 Gaz aralashmali usulda kirishma manbayi sifatida hajm bo'yicha 10 " 2 — 10 _4% uchuvchi gidridli legirlovchi elem ent b o ig a n inert gaz aralashm asidan foydalaniladi. Usui o'suvchi qatlam ni kuchsiz legirlashni amalga oshiradi. Argonli 0 , 0 1 %AsH 3 yoki argonli 0,01% B 2 H 6 dan iborat gaz aralashma kam era bo'yicha oqayotgan vodorod oqimiga qo'shib yuboriladi. Bu esa aralashma konsentratsiyasini qo'shim cha suyultirish va qatlam da konsentratsiya sathini yaxshi boshqarish mumkinligini ta ’minlaydi. Diboranli gaz aralashmasida solishtirma qarshiligi 1 Om-sm dan katta b o ig a n kremniy qatlam larini olib b oim ay di. Shuning uchun qattiq va suyuq m anbalardan foydalaniladi. G az ko'rinishdagi m anbalardan ko'p qoilaniladigani arsenikdir. G az taglikka yetkaziladi, ular sirtga yutiladi, dissotsiyalanadi: 2 AsH 3 ->2As+3H2, (III.29) ozod b o ig a n arsenik kremniyning o'suvchi qatlam panjarasiga joylashadi. Suyuq legirlash usulida legirlovchi kirishma manbayi sifatida galogenidlar PCI 3 , POCI 3 , ВВгз va boshqa birikm alardan foydalaniladi. Galogenidlar kremniy tetraxloridida yaxshi eriydi, oson b u g ian ad i va o'tuvchi vodorod oqimida to'yinadi. M anba kirishma b u g iari issiq sirtda vodorod bilan tiklanadi: 2РС1 3 +ЗН 2 -*2Р+6НС1 (III.30) Galogenidlar yuqori bug' bosimiga ega bo'lib tem peraturaga kuchli bo g iiq , shuning uchun tem peraturaning ozgina o'zgarishi o'suvchi qatlam da kirishma konsentratsiyasining keskin o'zgarishiga olib keladi. Keyingi vaqtda bor bilan legirlash uchun bug' bosimi tem peraturaga kuchsiz b o g iiq b o ig an yuqori teperaturada qaynovchi birikm alar qo'llanilm oqda. Bu birikm alar olingan kremniy qatlam solishtirma qarshiliklari 0,005 dan 5 Om sm oralig'ida yotadi. Gaz razryadli usulda qattiq m anbalar sifatida B 4 C, A1B2, Sb + (1 ...2)%As qotishma va boshqalar ishlatiladi. Ular gaz razryadli kamerada elektrodlar vazifasini o'taydi. Ishchi reaktorli qurilmaga ulangan elektrodlar orasiga impuls kuchlanish berish natijasida kam erada uchqunli razryad yuz beradi. Uchqunli razryad plazmasida elektrod m ateriallar qisman bugianadi. Vodorod bilan ko'chuvchi b u g ia r qurilm aning reaksiya zonasiga yetadi. U yerda ularning erkin legiranuvchi kirishmalarga ajralishi bilan yoyilish yuz beradi. Kirishma konsentratsiyasini elektrodlar orasidagi masofani o'zgartirish, elektrod- 214 larga berilayotgan kuchlanish, takroriylik va im pulslar davomiyligi berish ham da gaz razryadli kamera orqali o ‘tayotgan vodorod oqimi tezligi bilan boshqarish mumkin. Kremniy tf-o‘tkaziivchanlikdagi qatlam ni olish uchun elektrod m ateriallar sifatida surmali Sb+0,1%P yoki Sb+l%As, ham da G aP, GaAs yoki InSb qotishmalaridan foydalaniladi. Gazli uchqun razryad bu moddalar sochilishi tufayli parchalanadi, bunda P, As va Sb vodorod bilan birikib gidridlar hosil qilib, elektrodlar orasida ko'chadi. Taglik zonasida gidridlar sochiladi va kirishmalar o ‘suvchi kremniy qatlamiga kiradi. Galliy gidridlar hosil qilmaydi va kam eradan epitaksial qatlam larni olish uchun lantan borid ЬаВб, alum iniy borid AIB 2 , bor karbidi B 4 C elektrodlaridan foydalaniladi. Bunda bor vodorod bilan diboran hosil b o ‘ladi, G az fazada kiritilayotgan kirishmalar zichligini uchqun razryad takroriyligini boshqarish bilan o-zgartirish mumkin. 12.6. An i B Y turdagi yarimo6tkazgich birikmalar epitaksiyasining texnologik xususiyatlari Am Bw turdagi kimyoviy birikm alarning qo‘llanilish sohalari uzluksiz kengayib borm oqda. Hozirgi vaqtda optoelektronikada informatsiyaning tasvirli tizimlari, nurlanish manbalari va qabul qilgichlar, yarim o‘tkaz- gichli lazerlar va boshqalar yaratilishida keng foydalanilmoqda. Yuqori- dagi barcha qurilmalarda yarim o4tkazgichli tuzilma faol ishtirok etadi, odatda, eng kamida ikkita avto-yoki geteroepitaksial qatlam mavjud. Am By turdagi birikm alar va ular asosidagi qattiq eritm alarni ularning erish tem peraturasi va b ugian ish bosimining balandligi tufayli elem entlardan to ^ rid a n - to 'g 'r i sintez qilish murakkabdir. Galliy arsenidi havoda 300°C tem peraturada qizdirilsa oksidlanadi, 600°C dan boshlanib arsenik ajralib chiqish bilan birikma bug‘lana boshlaydi. Suyulish tem peraturasida bug 4 bosimi 10 5 Pa ni tashkil qiladi. G aP suyulish tem peraturasida fosfor bug'ining bosimi 3,5-10 6 Pa tashkil qiladi. Suyulma holidagi GaAs va G aP barcha konteyner materiallar bilan juda faol va o ‘zaro ta ’sirda bo'la boshlaydi. A m By texnologiyasida qo'llanilayotgan sun’iy kvars qotishm a GaAs ni kremniy bilan ifloslantiradi. Yuqoridagi qiyinchiliklarni birikmaning suyulishi erish tem peraturasidan pastroq tem peraturada gaz fazadan Am Bw turdagi birikmalar epitaksial qatlam larini o ‘stirishda yo'qotish mumkin. 215 lll.23-rasm. Ga - A sC l3 - H 2 tizim ida G aA s epitaksial qatlamlar olish uchun qurilma sxem asi: /-arsenik zonasi 425°C (I); 2-galliy zonasi 800°C (II); 3-taglik zonasi 750°C-900°C (III); 4-reaksiya mahsulotlari chiqishi; 5-vodorod kirishi; <5-AsCl3 li barboter GaAs va qattiq eritm alar asosida gaz fazada epitaksiya olishda gaz tashuvchi sifatida vodoroddan foydalanilgan holda xlorid va xlorid gidrid tizimi o'tqazish mumkin. Bu usulning asosiy afzalligi foydalanilayotgan dastgohning soddaligi; oqim tezligini va birikm a-tashuvchi zichligini o'zgartirish yo'li bilan qatlam o'sishi jarayonini boshqarish mumkinligi; turli kirishm alar bilan legirlash; uzluksiz jarayonda kokp qatlamli tuzilm alarni olish; jarayonni avtomatlashtirish; yedirishning osonligi va boshqalar kiradi. Endi qisqacha asosiy reagentlar tizimida kimyoviy aylanishlar va epitaksiyaning bir qancha kinetik xususiyatlariga to cxtalamiz. G a-A sC l 3 -H 2 tizimlari afzalliklari bitta reaktorda ASCI 3 ni vodorodli tiklanishida tozalash usulida chuqur tozalikda ASCI 3 va yuqori tozalikda arsenik va vodorod xloridi olish mumkinligidir. Bu tizim da galliy arsenidi epitaksial qatlam ini olish qurilmasi III.23-rasm da ko'rsatilgan. Reaktor uchta qizish zonasiga ega. Uning kirishiga vodorodli bug' ASCI 3 aralashm a keladi va birinchi zonada quyidagi reaksiya sodir bo'ladi: 2 AsCl 3 + 3 H 2 -> 6 H C l+ 1 / 2 As 4 . (111.31) Ikkinchi zonada birinchi zonadan kelgan vodorod xloridi eritm a galliy bilan o'zaro ta ’sirlashadi. 700°C dan yuqori tem peraturada ortiqcha galliy mahsuloti ta ’sirida galliy subxloridi paydo bo'ladi: G a+H C l->G aC l+l/ 2 H 2 (111.32) U chinchi zonada geterogen reaksiya natijasida galliy arsenidi sintezi va taglikda epitaksial qatlam hosil bo'ladi: 2G aC l+ 1 / 2 As 4 -fH 2 ->2GaAs+2HCl. (111.33) 216 lll.24-rasm. G alliy-organik bi- rikmalardan foydalangan holda galliy arsenidi epitaksial qurilma sxem asi: 1-gaz tashuvchi ballon; 2-gazni tozalash bloki; 3-galliy-organik birikmali barboter; 4-legirlovchi qo‘rg‘oshin manbayi; 5-taglik; 6-kvars reaktor; 7-vodorod aralashmali gidrid ballonlar; 8-rotometr. Jarayonning o ‘ziga xos xususiyati ikkinchi zonada arsenik bilan galliy eritmasining to'yinishidir. Eritma to ‘yingandan so‘ng uning sirtida galliy arsenidi pardasi hosil bo ‘ladi, zonaga keluvchi ortiqcha arsenik vodorod oqimi bilan q o‘shilib ketadi va reaktorning sovuq qismlariga o ‘tiradi. Odatda taglikni galliy eritmasi arsenik bilan to ‘yinish jarayoni tugagan joyga kiritiladi. Bu gaz aralashma tarkibi o'zgarmasligini ta ’minlab qatlam ning bir jinsli o ‘sishiga olib keladi. Zona kirishdagi AsCl 3 va G aCl bug‘ bosimlari nisbatini o ‘zgartirish bilan o'tirish zonasida taglikni yedirish va turli tezlikda epitaksial qatlam o ‘stirish rejimlarini aniqlash mumkin. Qatlam o'sishi tezligi taglik yo'nalganligiga bog‘liq. Odatda quyidagi munosabat kuzatiladi: 3(iii)a>S(ioo)a >^(2П)В>^(ЗП)В- B u yerda ^-m etall, B- metalloid panjara qismiga tegishli belgilan Galliy arsenidining boshqa tizim laridan ham epitaksial qatlamlarni olish mumkin. Bular G aC l—ASCI 3 —H2; G aC l 3 —As—H 2; GaAs—HC1—H 2; GaAs—1 2 —H 2; GeAs—H 2 0 —H 2 tizimlaridir. 0 ‘tirish zonasidagi kimyoviy reaksiyalar kinetikasi o'xshash. Faqat, oxirgi tizimda, farqli ravishda tashuvchi sifatida suv bug'idan foydalaniladi. Bu tizimda manba zonasida tem peratura 1000°-1100°C bo‘lib, jarayon galliy arsenidining oksidlanishiga olib keladi: GaAs(qat.)+ l/2H 20(g)^> 1 /2Ga20(g.)+ 1 / 2 H2(g.)+ 1 /2As(g), (111.34) As 4 <-> 2As2. Tem peraturasi 50% kam b o ‘lgan zonada, ya’ni o ‘tirish zonasida galliy arsenidining sintezi ro‘y beradi va bu yerda suv ajralib chiqishi ham kuzatiladi: 217 G a 2 0 (g)-fV 2 As 4 (g)+H 2 <-^2GaAs(qat)+H 2 0 ( g). (III.35) Galliy arsenidi o ‘stirishi uchun xlorid-gidridli G a-H C l-A sH 3 -H 2 dan ham foydalanish mumkin. Am By yoki ularning qattiq eritmalari binar birikmalari epitaksial qatlam larini olishda By tarkiblovchining uy tem peraturasida gaz holda bo ‘lganligi, gaz fazada tarkibi o ‘zgarmasligi va legirlash jarayonini boshqarishni ta ’minlaydi. III.24-rasm da binar birikm alar GaAs, G aP, G aN va qattiq eritm alar GaAsx, Pi_x, G axIni_xP, AlxIni_xP, G axIn^P yA si.y, G axAli_xN va boshqa gaz fazadan o'stirish m um kin b o ‘lgan boshqa aralashm alardan epitaksial o'sish va legirlash uchun qurilma sxemasi ko'rsatilgan. G az fazada G aN epitaksiyasi birgina shu usulda olinib, u bu m aterial asosida texnolgiyalashgan monokristall qatlam ini olishni ta ’minlaydi. Epitaksiyani xlorid-gidridli G a -H C l-N H 3 -A r(H e) tizimda olib boriladi. Galliyni xlorlash zona tem peraturasi 800°-850°C bo'lganda galliy subxloridi GaCl hosil b o ‘lguncha davom ettirilib, so‘ng inert gaz oqim ida o'stirish zonasiga o'tkaziladi. Bog'lanm agan kanal orqali o ‘tqazish zonasiga am miak t o V r i d a n - to ^ r i taglikka beriladi. Bu yerda 1050° -1100°C tem peraturada geterogen reaksiya yuz beradi: Reaksiyada qatnashuvchi gazlar va bug'lar zichligi b o ‘yicha bir- biridan kuchli farq qiladi, shuning uchun epitaksial o'stirish bir jinsli bo^ishi uchun gaz oqimlarini yuqori tezlikda o ctkaziladi. Shuning uchun bu aralashma — gulxan rejim deb ataladi. Bunda gaz aralashm a gomogenlashmagan bo'ladi va u Аш Bv birikm alar epitaksiyasidan farq qiladi. Taglik sifatida odatda yo‘nalishi (0001), (1120) yoki (1012) bo'lgan sapfirlardan foydalaniladi, keyin ular vodorodda yuqori tem peraturali yedirishdan o ‘tkaziladi. Qatlamning o ‘sish tezligi ~1 m km /m in boTishi mumkin. Galliy nitridi asosida yorug‘lik diodlari bitta jarayonda olinadi. Oldin azot panjarasida vakansiya hisobiga yuqori elektron o 4tkazuvchanlikka ega b o £lgan legirlanmagan qatlam o ‘stiriladi. Keyin bu qatlam ustiga G aC l+ N H 3 -»G aN + H C l+ H 2 Qisman jarayon quyidagicha b o ‘lishi ham mumkin: G aC l+ 2N H 3 -> G aN + N H 4 C l+H 2 (111.36) (III.37) 218 qo'rg'oshin bilan legirlangan kompensatsiyalangan i-qatlam o'stiriladi. Legirlangan qatlam o'sishi 900°C da amalga oshiriladi. Suyuq fazada epitaksiya. Suyuq fazada epitaksiya ko^pchilik Aul Bv binar va uchlik yarim o'tkazgich birikmalarni o'tqazish uchun, ayniqsa turli tagliklarda ko'p qatlamli p-n- va izoturdagi tuzilmalarni olish uchun qoilaniladi. Suyuq fazali epitaksiyaning afzalliklari: stexiometrik eritm adan foydalanish zarur emasligi; faza o'sishi tem peratura kombinatsiyasi va likvidus chizig'iga yaqin tarkibda yuz berishi; bu o 'z navbatida qatlamlarda kimyoviy tuzilish nuqsonlari zichligini kamaytirishga, tem peratura pasayishi bilan ko'pchilik kirishmalarning taqsimot koeffitsientining kamayishiga imkon beradi. Issiqlik vakansiyalar zichligi ham kamayadi. Suyuq epitaksiyada likvidusning har qanday nuqtasida kristallanishi va unda yengil uchuvchi tarkiblovchilarning bug' bosimi kamayishi sodir bo'ladi. Masalan, galliy asosida qotishm a-eritm adan 1000°C da G aP ni o'stirishda fosfor P 2 bug'i bosimi 10 Pa tashkil qiladi va natijada fosforning yo'qotishlari yetarlicha oz bo'ladi. (Stixiometrik qotishm adan 1470°C da o'stirishda fosfor bosimi 3,210 Download 94.09 Kb. Do'stlaringiz bilan baham: 
|