Titul

1
Titul
EPITAXNÍ PROCES
2
Úvodní video
3
Obsah

• Krystalografická struktura kremíku
• Leptání
• Depozice
• Reaktor
• Ohrev
• Proces
• Likvidace odpadních plynu
• Materiály

4
Krystalografická struktura
Kremík - Si
Základem krystalografické struktury kremíku je
plošne centrovaná kubická struktura - krychle s
atomy ve vrcholech a ve stredech sten.
Když se posune kopie takovéto struktury o 1/4
telesové uhloprícky, puvodní i posunuté atomy
tvorí diamantový typ struktury, což je také
struktura kremíku.
Každý atom kremíku má ctyri sousedy s kterými
tvorí vazbu.
Z hlediska elektrických vlastností je duležitá
orientace krystalografické struktury vzhledem k
povrchu kremíkové desky. V praxi jsou významné
orientace lt100gt a lt111gt.
lt100gt
a 0,543 nm
a
lt111gt
5
Leptání
Leptání povrchu kremíkové desky je duležitý krok
pred depozicí epitaxní vrstvy. Z povrchu se musí
odstranit ruzné necistoty a také vrstva kremíku s
krystalografickými poruchami. Epitaxní vrstva
roste správne pouze na dokonale cistém povrchu
bez krystalografických poruch. Jakékoli
nedokonalosti povrchu zpusobují vznik poruch v
epitaxní vrstve.
Do epitaxního reaktoru vstupuje smes vodíku s
chlorovodíkem.
Pri vysoké teplote (1100C) reaguje kremík na
povrchu desky s chlorovodíkem a vodíkem za vzniku
dichlorsilanu, trichlorsilanu a dalších
chemických sloucenin kremíku s chlorem a vodíkem.
Tyto slouceniny jsou pri teplote v reaktoru
plynné. Leptáním se odstranuje nekolik mikrometru
kremíku z povrchu desky.
1100C
6
Depozice
Príklad pro substrát dopovaný arzénem - As a
epitaxní vrstvu dopovanou fosforem -P.
Do epitaxního reaktoru vstupuje zmes vodíku,
trichlorsilanu a zdroje dopantu - fosfinu.
Pri vysoké teplote (gt1000C) se trichlorsilan
rozkládá na jednodušší slouceniny. Jejich reakcí
s vodíkem vzniká chlorovodík a volné atomy
kremíku. Tepelným rozkladem fosfínu vznikají
volné atomy fosforu. Tyto reakce probíhají obojím
smerem. Atomy kremíku reagují s chlorovodíkem a
pod.
V dusledku vysoké teploty kremíkové desky se z ní
uvolnují atomy arzénu. Tyto se ukládají v
narustající epitaxní vrstve. Nežádoucí dopování
epitaxní vrstvy dopantem substrátu se nazývá
autodoping.
Pri povrchu kremíkové desky, kde je teplota
nejvyšší (1100C), jsou nekteré atomy kremíku
zachyceny povrchem. Zachycený atom jistý cas
putuje po povrchu, až najde energeticky
nejvýhodnejší místo odpovídající krystalografické
strukture. Podobne se ukládají i atomy dopantu.
Dokonalá epitaxní vrstva roste jen pri dostatecne
vysoké teplote (nad 1100C). Pri nižších
teplotách atomy rychle ztuhnou, dríve než
najdou odpovídající místo v krystalové mrížce.
Si
1100C
7
Reaktor
Jednodeskový typ
Vysoká homogenita a reprodukovatelnost
vrstev Nepatrný autodoping
Malá kapacita
Pancake typ
Barelový typ
Lepší homogenita vrstev Menší autodoping
Velká kapacita
Menší homogenita vrstev Velký autodoping
Menší kapacita
8
Ohrev
Infra (IR) ohrev Susceptor se ohrívá absorpcí
infracerveného zárení z rozžhavených infralamp.
Lepší regulace teploty
Vetší citlivost na zanášení zvonu
Indukcní (RF) ohrev Cívka v blízkosti susceptoru
je napájená proudem z vysokofrekvencního
generátoru. Susceptor se ohrívá absorpcí
elektromagnetického zárení z cívky.
Susceptor a kremíkové desky musí být ohráty na
teplotu kolem 1100C (podle technologických
požadavku). Ostatní cásti epitaxního reaktoru v
blízkosti susceptoru a vyhrívacích teles musí být
chlazeny vodou anebo vzduchem.
Menší citlivost na zanášení zvonu
Horší regulace teploty
9
Proces
Start
Proplach N2
Proplach H2
Ohrev
Leptání
Proplach H2
Depozice
Proplach H2
Chlazení
Proplach N2
Likvidace odpadních plynu
Konec
10
Likvidace odpadních plynu
11
Dusík - N2
Nedýchatelný plyn bez barvy a zápachu. Je težší
jako vzduch a nehorlavý. Skladuje se kapalný v
dewarových nádobách pri teplote -170C. Zasažení
pokožky kapalným dusíkem zpusobuje težké
omrzliny. V epitaxním procesu se pouzívá na
vyplachování pracovního prostoru epitaxního
reaktoru.
12
Vodík - H2
Nedýchatelný plyn bez barvy a zápachu. Je lehcí
jako vzduch. Je horlavý a ve smesi se vzduchem
vytvárí traskavou smes. Skladuje se ve
velkokapacitních tlakových zásobnicích. V
epitaxním procesu se používá jako nosný plyn v
epitaxním reaktoru.
13
Chlorovodík - HCl
Silne zapáchající, žíravý, jedovatý plyn
žlutozelené barvy. Je težší jako vzduch a
nehorlavý. Ve styku s vlhkým vzduchem vzniká mlha
kyseliny chlorovodíkové. Již malé množství ve
vzduchu zpusobuje korozi kovu. Skladuje se
kapalný v kontejnerech. V epitaxním procesu se
pouzívá na leptání povrchu kremíkových desek pred
depozicí epitaxní vrstvy.
14
Trichlorsilan - SiHCl3
Po chloru zapáchající, žíravá, jedovatá kapalina.
Její páry jsou težší jako vzduch. Ve styku s
vlhkým vzduchem vzniká mlha kyseliny
chlorovodíkové a kyslicníku kremicitého. Již malé
množství ve vzduchu zpusobuje korozi
kovu. Skladuje se v sudech. V epitaxním procesu
se pouzívá jako zdroj kremíku pri depozici
epitaxní vrstvy.
15
Fosfin - PH3
Nedýchatelný, prudce jedovatý zapáchající plyn.
Na epitaxním pracovišti se používá ve smesi s
vodíkem (40 ppm). Tato smes již není tak
nebezpecná z hlediska jedovatosti, ale má
nebezpecné vlastnosti vodíku. Smes fosfinu s
vodíkem se skladuje v tlakových láhvích. V
epitaxním procesu se používá jako zdroj fosforu
na dopování epitaxní vrstvy.
16
Diboran - B2H6
Nedýchatelný, prudce jedovatý zapáchající plyn.
Na epitaxním pracovišti se používá ve smesi s
vodíkem (40 ppm). Tato smes již není tak
nebezpecná z hlediska jedovatosti, ale má
nebezpecné vlastnosti vodíku. Smes diboranu s
vodíkem se skladuje v tlakových láhvích. V
epitaxním procesu se používá jako zdroj bóru na
dopování epitaxní vrstvy.