Епітаксиальні плівки вирощують на підкладці з монокристала того ж або іншого матеріалу. У першому випадку епітаксіальний шар при правильній технології стає природним продовженням підкладки.
Епітаксіальна плівка може бути легирована різними домішками. Для введення легуючої домішки в нарощувану епітаксійних плівку використовують три способи. За першим способом розчиняють необхідну домішка в джерелі напівпровідникового матеріалу. Другий спосіб передбачає використання легуючої домішки в елементарному вигляді і розміщення її в трубі між джерелом напівпровідникового матеріалу і підкладкою. Іноді легирующую домішка розміщують в окремій температурної зоні робочої труби. Третій спосіб полягає в додаванні легуючої домішки до летючим йодиду.
Коефіцієнти розподілу домішок в фосфід, арсеніді і антмоніде індію. Епітаксиальні плівки арсеніду індію отримують, користуючись транспортними реакціями за участю хлоридів або иодидов. Кисень як транспортний агент для перенесення індіевих з'єднань на відміну від галієвих не застосовується через набагато меншою летючості закису індію.
Епітаксиальні плівки вирощують шляхом напилення в вакуумі, електролітичним осадженням, кристалізацією з розчинів або методом транспортних реакцій. Найчастіше плівки вирощують з газової фази.
Освіта початковій дислокації внаслідок напруги невідповідності між трьома зростається еародслшамк. Епітаксиальні плівки знаходяться в стані високої напруги, яке, ймовірно, викликано пластичною деформацією в процесі росту плівки Краї зростаючих острівців є кращими місцями для зародження дислокацій, тому цей процес може призводити до утворення дислокацій різних конфігурацій. Локалізована пластична деформація припиняє переміщення дефектів, після чого відбувається зрощення. Це впливає на дефекти в структурі плівки. Поодинокі часткові дислокації можуть зароджуватися, утворюючи дефекти упаковки в плівці. Вони можуть з'являтися, коли плівка знаходиться в стані напруги через забруднення.
Епітаксиальні плівки отримують різними методами: електролітичним осадженням і хімічним взаємодією, термічним випаровуванням напівпровідників у вакуумі і кристалізацією з розчину або розплаву.
Епітаксиальні плівки, вирощені в положенні 3, при низькотемпературному режимі випаровування вийшли дуже мелкодісперснимі, основними фігурами зростання для них були фігури типу усічених трикутних пірамід.
Структури елементів в епітаксійних плівкових схемах. Епітаксиальні плівки дозволяють отримувати і інші типи напівпровідникових приладів - діоди, МДП-транзистори і плівкові польові тріоди.
Епітаксиальні плівки являють собою тонкі плівки напівпровідника, нарощувані на основний кристал.
Коефіцієнти розподілу домішок в фосфід, арсеніді і антмоніде індію. Епітаксиальні плівки арсеніду індію отримують, користуючись транспортними реакціями за участю хлоридів або иодидов. Кисень як транспортний агент для перенесення індіевих з'єднань на відміну від галієвих не застосовується через набагато меншою летючості закису індію.
Епітаксиальні плівки, що ростуть при tK 560 С, зазвичай містять багато дефектів, в тому числі двійників. Зростання сдвойниковани кристалів дещо зменшується при tK 570 С.
Епітаксиальні плівки ниобата і танталата літію (LiNbO3 і ТаО3) можуть осідати різними методами, в тому числі методом елекулярной променевої епітаксії, хімічним осадженням, металлоор-ническим хімічним осадженням, іонним плакуванням, золь-гель гтодом, в тому числі із застосуванням полімерного вихідного розчину, ажденіем за допомогою ексимерного і імпульсного лазера, а також маг - тронним розпиленням.
Пристрій транзисторів. Високоомних епітаксіальна плівка / (рис. 2.18, б) нарощується на підкладку - напівпровідникову пластинку з малим питомим опором, яка згодом використовується в якості колектора. В результаті реакції в закритій камері парів хлоридних і іодідним з'єднань напівпровідника з воднем випадає чистий напівпровідник, який і осідає на поверхню напівпровідникової підкладки, утворюючи тонку плівку високого омічного опору. Виготовлена таким способом двошаровий пластинка використовується далі для виготовлення тріода типу Меза. Електронно-дірковий перехід виходить між епітаксіальним шаром і базою. Епітаксиальні шар забезпечує малу ємність p - n - переходу і велике пробивна напруга колектора.
Епітаксиальні плівки германію, отримані бромід-ним методом.
Епітаксиальні плівки карбіду кремнію представляють певний технологічний інтерес, так як вони можуть бути використані в електронних приладах, що працюють при підвищених температурах і підвищеному рівні радіації. Епітаксиальні вирощування карбіду кремнію є складним процесом, оскільки він знаходиться у вигляді [5-модифікації з кубічної структурою цинкової обманки і у вигляді а-моднфікаціі, що має безліч політіпов з гексагональної і ромбоедричної структурою. Кристалічна решітка SiC містить тетраедрально пов'язані шари атомів Si і С. Для використання в приладах найбільш підходить кубічний SiC, так як він иу е: високу рухливість носіїв.
Епітаксиальні плівки халькогенідів свинцю виготовляються трьома різними методами: сублімацією на нагріту підкладку, катодних розпиленням на нагріту підкладку і хімічним осадженням з розчину.
Епітаксиальні плівки германію Рейзман і Беркенбліт [30] отримували у відкритій системі. Температури джерела і підкладки були рівні відповідно 600 10 С і 365 - 405 С; швидкість потоку становила 75 см3 / хв. Перед осадженням для видалення шару окису підкладку піддавали протягом 15 хв газовому травленню в HI при 365 С.
Епітаксійних плівку і підкладку розділяє р-я-перехід, так як вони мають різний тип електропровідності. Зазвичай цей перехід використовують в якості ізоляції між і підкладкою.
Однак епітаксіальна плівка може створюватися і на іншому матеріалі. Планарний але відомі також під назвою епітак-транзистор з подвійною спальних Меза-транзисторів з діффузяон-дифузією.
Схема установки для епітаксійного вирощування шарів германію та кремнію. Однак епітаксіальна плівка за основним складом може і відрізнятися від матеріалу підкладки.
Поділ епітаксіальної плівки на електрично ізольовані острівці здійснюється осадженням, через трафарет або контактним маскированием за допомогою фоторезиста і витравлення ділянок плівки між острівцями. На відміну від циклу дифузійної мікропроекції операція травлення не вносить термічних спотворень, деформації, дефектів. В обох випадках скорочується число циклів дифузійної мікропроекції і зберігається досконалість структури вихідного матеріалу.
Недолік епітаксійних плівок полягає в порівняно високу вартість виготовлення і обробки підкладки. Необхідна для утворення ЦМД одноосьова анізотропія виникає в процесі технології виготовлення плівок і обумовлена механічними напруженнями, які з'являються з-за неповну відповідність постійних решітки підкладки і епітаксійного шару, а також внаслідок впливу невеликих домішок свинцю або вісмуту, які потрапляють в плівку з розплаву.
Застосування епітаксійних плівок і створення двошарового колектора, що складається з тіла з малим і плівки з високим питомим опором, ліквідують три істотні недоліки дифузійних транзисторів - високий опір тіла колектора, його велику ємність, а також підвищують пробивна напруга. У зв'язку з цим дифузійні транзистори і діоди з епітаксіаль-ними плівками є найбільш досконалими приладами.
Виготовлення епітаксійних плівок, абсолютно вільних від будь-яких дефектів і досить однорідних за своїми електричними властивостями, як це видно з викладеного, - завдання досить складна.
Товщину епітаксіальної плівки можна визначити методом Деша, який використовує властивості дефектів упаковки в ній.
Повна рентгонотопограмма відображення (220 шару CdTe на слюди. Ув. Хю. Для епітаксійних плівок, отриманих в положенні 3, ділянка топограми, створений характеристичним випромінюванням, має мінімальну ширину і дискретний розподіл інтенсивності, що вказує на мінімальну разориентация субзерен в цьому випадку. Взаємна разориентация суізорен за даними, отриманими з топограмм, дає величину порядку десятків секунд, що близько до межі (- 10) кутового дозволу рентгенівського методу.
Товщину епітаксіальної плівки можна визначити методом Деша, який використовує властивості дефектів упаковки в ній.
Для епітаксійних плівок CdS характерна дуже висока рухливість носіїв. Електричні властивості плівок CdS, епітаксійних загрожених на підкладки з GaAs при здійсненні хімічної транспортної реакції в квазізамкненого об'єму [151], в значній мірі залежать від умов їх вирощування, причому найістотніше - від температури підкладки. При підвищенні температури підкладки концентрація носіїв зростає за експоненціальним законом. При цьому також збільшується рухливість електронів.
До епітаксіальним плівкам, використовуваним в технології напівпровідникових мікросхем і в оптоелектро-ніку, пред'являються високі вимоги в області досконалості кристалічної будови. Ці вимоги є наслідком шкідливого впливу, яке різні дефекти можуть надавати на експлуатаційні властивості активних і (пасивних елементів. Розглянемо основні з них.
МДП-прилад з п-кана-лом на сапфіровою підкладці. У епітаксіальної плівці може бути сформована звичайна епітаксійних-планарная структура ІС. Однак доцільніше формування областей з вертикальними p - n - переходами за рахунок наскрізної дифузії через епітаксіальний шар. Таку структуру (рис. 1.53) використовують для ІС на основі МДП-приладів. Площа p - n - переходів, що залежить від товщини плівки і ширини областей, може бути зведена до мінімуму контролюватися дуже точно. Крім того, пасивна підкладка не може діяти як паразитний затвор. Дана технологія дає можливість формувати доповнюють МДП-прилади на основі плівки одного типу електропровідності.
МДП-прилад з п-кана-лом на сапфіровою підкладці. У епітаксіальної плівці може бути сформована звичайна епітаксійних-планарная структура ІС. Однак доцільніше формування областей з вертикальними p - n - переходами за рахунок наскрізної дифузії через епітаксіальний шар. Таку структуру (рис. 1.53) використовують для ІС на основі МДП-приладів. Площа p - n - переходів, що залежить від товщини плівки і ширини областей, може бути зведена до мінімуму контролюватися дуже точно. Крім того, пасивна підкладка не може діяти як паразитний затвор. Дана технологія дає можливість формувати доповнюють МДП-прилади на основі плівки одного типу електропровідності.
Під епітаксіальної плівкою розуміють кристалічну плівку, структура якої близька до структури підкладки, а орієнтація відповідає орієнтації останньої. Епітаксіальна технологія важлива в сучасній мікроелектроніці.
У кремнієвих епітаксійних плівках можливо створювати поперечні р-п переходи малої площі.
Монокристали і епітаксіальні плівки вирощують хім. осадженням з газової фази, методами хім. транспортних р-ций, монокристали-також спрямованою кристалізацією з розплаву.
Так, епітаксіальні плівки y - Fe на Сі (ІС) і Cu (lll) є феромагнітними, а на Cu (lOO) - антиферомагнітного. Щоб показати залежність магнетизму плівки від її розтягування, Градман і Ісберт [+1074] епітаксійних вирощували ГЦК-плівку y - Fe (111) товщиною в 2 - 3 атомних шару на підкладці зі сплаву Сі Аіж (111) змінного складу, параметр решітки якого зростає по правилом Вегарда зі збільшенням концентрації золота.
Схема утворення дефекту структури при осадженні епітаксійного шару. / - епітаксіальний шар. 2 - підкладка. 3 - точковий дефект на поверхні полложкі.
Зазвичай потрібні епітаксіальні плівки з заданими типами домішок і їх концентрацією. Це вимагає одночасного проведення принаймні двох реакцій. Кількості загрожених кремнію і легуючого матеріалу повинні знаходитися в певному співвідношенні, що забезпечує необхідну концентрацію домішок. Такий процес здійснюється шляхом введення в вихідний потік суміші водню з чотирьоххлористим кремнієм додаткових компонентів - РСЬ або РН3, якщо потрібно створити шар л-типу, або ВВг3 або В2Нв, якщо потрібно отримати плівку з провідністю р-типу.
Були отримані епітаксіальні плівки металлфталоціані-нів.
Спосіб отримання епітаксіальної плівки з рідкої фази принципово не відрізняється від описаного. Таким способом, наприклад, користуються при виготовленні тунельних діодів з арсеніду галію. Процес відбувається також в трубчастої печі. Матеріал джерела підкладки - арсенід галію розчиняється в розплавленому носії - олово.
Питомий опір епітаксіальної плівки залежить від концентрації лігатури в робочій суміші, швидкості осадження і температури пластин.
Для отримання епітаксійних плівок з газової фази на монокристалічних підкладках використовується два типи реакцій: відновлення воднем галогенні-дів і термічний розклад иодидов кремнію і германію.
Вплив швидкості росту і температури. підкладки на структуру плівки Ge на Ge (HI, отриманої методом дискретного (вибухового напилення. При дослідженні епітаксійних плівок серйозною проблемою є наявність домішок у вакуумній системі.
Важливою перевагою епітаксійних плівок є простота контролю товщини при випаровуванні, що важко в разі виготовлення тонких зразків з монокристалів. У таких напівпровідниках, як халькогеніди свинцю, що володіють високою концентрацією носіїв, дуже важко або зовсім неможливо спостерігати поверхневі ефекти навіть на кристалах товщиною 10 мкм.
Питомий опір епітаксіальної плівки залежить від концентрації лігатури в робочій суміші, швидкості осадження і температури пластин.
Дефекти структури епітаксійних плівок обумовлені не тільки дефектностью підкладок, а й напруженнями, що викликають пластичну деформацію. Їх релаксація при певних умовах відбувається внаслідок утворення і перерозподілу дислокацій як в плівці, так і в підкладці.
Метод вирощування епітаксійних плівок з використанням рідкої фази заснований на тому, що монокристалічна напівпровідникова підкладка покривається тонким рідким шаром, найчастіше представляє собою розплав будь-якого металу, розчиняє в собі напівпровідник. При пропущенні над такою підкладкою газу, що містить леткі сполуки вирощуваного напівпровідника, або при напиленні на неї цього напівпровідника в вакуумі під шаром розплаву може вирощуватися епітаксіальна плівка. На відміну від звичайної рекристалізації після сплаву цей метод дозволяє вирощувати плівки з товщиною, що набагато перевищує товщину рекрісталлізован-ного шару, який можна було б отримати при охолодженні даного розплаву.
Для отримання епітаксійних плівок нарощуваний матеріал і матеріал підкладки можуть бути як різними, так і ідентичними речовинами. Наприклад, епітаксіальний шар кремнію утворюється при нарощуванні на монокристалічні підкладки з сапфіра або на монокристалічні пластини кремнію; Останнім називають автоепітаксіей.
При вирощуванні епітаксійних плівок недоліком методу є те, що всі сторонні домішки, присутні на поверхнях пластин, переходять в розчин і впроваджуються в зростаючий кристал. Перевагою методу є те, що легко можна отримати плоскопараллельную конфігурацію, яка при рівномірній температурі нагріву забезпечує зростання плівки рівномірної товщини.
Досконалість структури епітаксіальної плівки істотно залежить від стану поверхні кремнієвої підкладки. Безпосередньо перед епітаксіальним нарощуванням доцільно провести обробку поверхні підкладок воднем при t - 1200 С з метою відновлення слідів оксиду, а потім газове травлення на глибину 2 - 3 мкм в суміші хлористого водню (1 - 2%) у водні для видалення слідів порушеної структури.
Установка для вирощування кремнію хлоридним способом.
Швидкість зростання епітаксіальної плівки залежить від витрати SiC. Всі ці змінні, які можна контролювати досить точно, визначають тривалість процесу.
Найменша товщина епітаксіальної плівки становить 0 0025 мкм. Вона визначається наявністю центрів кристалізації. Верхня межа товщини плівки, вільний від дефектів, дорівнює 250 мкм.