Спосіб формування епітаксійних арсенід-галієвих шарів на монокристалічних кремнієвих підкладках

Реферат: Спосіб формування епітаксійних арсенід-галієвих шарів на монокристалічних кремнієвих підкладках полягає в тому, що епітаксійні шари наносять на наперед підготовлених монокремнієвих підкладках. Нанесення вихідних епішарів арсеніду галію здійснюється шляхом використання надвисокочастотного збудження плазми з розподіленим електронноциклотронним резонансом на основі металоорганічних сполук. UA 68203 U (54) СПОСІБ ФОРМУВАННЯ ЕПІТАКСІЙНИХ АРСЕНІД-ГАЛІЄВИХ ШАРІВ НА МОНОКРИСТАЛІЧНИХ КРЕМНІЄВИХ ПІДКЛАДКАХ UA 68203 U UA 68203 U 5 10 15 20 25 30 Корисна модель належить до галузі техніки "Мікроелектроніка" і може бути використана при формуванні структур ВІС високої швидкодії. Для реалізації промислових субмікронних надвеликих інтегральних схем (НВІС) та 3 швидкодіючих тривимірних Н ВІС на сучасному етапі і в найближчому майбутньому, як і раніше, будуть використовувати, головним чином, монокремній і широко впроваджуваний у промислові розробки арсенід галію (GaAs), який має ряд переваг перед кремнієм: високу рухливість електронів і потенціальну можливість застосування напівізолюючої підкладки, що забезпечує приладам на їх основі певну перевагу у швидкодії. Коефіцієнт рухливості електронів в GaAs n3 2 3 типу може досягати при Т=300К (7-9)10 см /В·с, в той же час як у кремнію він не перевищує 10 2 см /В·с; при охолодженні до температури рідкого азоту (77К) коефіцієнт рухливості зростає до 5 2 (0,5-10)10 см /В·с [2]. Можливості збільшення швидкодії елементів та приладних структур на гарячих електронах реалізує субмікронна GaAs-технологія польових транзисторів з коротким каналом, на гетероперехідних польових транзисторах з високою рухливістю електронів, біполярних гетеротранзисторах, транзисторах на квантових ефектах. До недоліків практично всіх GaAs-технологій і схем, крім їх високої вартості, яка перевищує в 5-10 разів вартість кремнієвих НВІС, необхідно віднести високу крихкість матеріалу, що створює значні труднощі отримання відтворюваних пластин великого діаметра, при обробці пластин в автоматизованих кластерних установках, а також порівняно високу потужність більшості схем при забезпеченні необхідної швидкодії, і, відповідно, ускладнюється відведення тепла, яке пов'язане з низькою теплопровідністю GaAs-матеріалу [2]. Оскільки, GaAs має в 3 рази меншу теплопровідність, ніж Si, то, наприклад, при повітряному охолодженні максимальна потужність розсіювання кристалу GaAs-BIC складає 1-2 Вт в порівнянні 3-5 Вт із ВІС на кремнії (незважаючи на те, що внаслідок великої ширини забороненої зони прилади на GaAs можуть працювати при більш високій температурі, до 300 °C). Аналогом до заявленого рішення також є "Спосіб гомоепітаксійного нарощування шарів кремнію на монокремнієвих підкладках" А.С. Березин, О.Р. Молчалкина. Технология и конструирование интегральных микросхем. - М.: Радио и связь, 1992. - с. 47-57. Згідно з аналогом, слаболегованi епітаксійні шари на сильнолегованій кремнієвій підкладці вирощують в реакторах горизонтального або вертикального типів при температурі 900-1200 °C. Для цього використовують газотранспортні реакції моносилану SiH4 чи тетрахлорсилану (SiCl4) у чистому водні згідно з формулою: SiH4 35 40 45 50 55 950 oC Si + 2H2 SiCl4 + H2 ; 1150 oC Si + 4HCl (1) Перед епітаксiйним нарощуванням кремнієві пластини (підкладки) піддаються хімічній обробці в перекисно-амiачній суміші та фінішній обробці у водневій суміші хлористого водню, в якому здійснюється передепітаксійне газохімічне травлення підкладок для отримання атомарночистої поверхні. Сходинковий ріст епітаксійних шарів забезпечується розорієнтацією поверхні підкладки від поверхні (111) чи (100) на кут 4°. Забезпечення високої чистоти епітаксійного процесу здійснюється використанням вертикальних реакторів та карбідизованих графітових п'єдесталів (пірамід). Для усунення автолегування із сильнолегованої кремнієвої підкладки попередньо на Si-підкладки наносять полікремнієву плівку товщиною 0,3-0,5 мкм, яка перед епітаксією стравлюється. Для легування епішарів в реактор вводять AsH3, фосфін РН3 чи диборан В2Н6. Перевага епітаксійного монокремнію перед монокремнієм, вирощеним методом Чохральського, полягає у повній відсутності ізоконцентраційних домішок кисню і вуглецю, які негативно впливають на концентраційні профілі імплантованих чи дифузійних домішок. Тут, для нарощування епішарів використовують установки вертикального типу "Епіквар 121-МТ". До недоліків аналога можна віднести: 1) високу температуру вирощування гомоепітаксійних шарів, що приводить до деформації пластин великого діаметра; 2) на таким чином сформованих кремнієвих епітаксійних структурах необхідно реалізовувати діелектричну ізоляцію або ізоляцію р-n-переходом, що негативно впливає як на щільність компонування елементів, так і на швидкодію сформованих транзисторних структур; 3) швидкодія таких схем є обмеженою, внаслідок невисокої рухливості електронів в Si; 4) обмежений температурний діапазон (-60 - +60 °C). Задачею корисної моделі є об'єднання переваг кремнієвої та арсенід-галієвої технологій, а саме у формуванні епітаксійних арсенід-галієвих структур на підкладках монокремнію, що дозволить усунути недоліки цих обох технологій при формуванні швидкодіючих великих інтегральних схем, зокрема цифрових. Для усунення вище описаних недоліків та забезпечення формування структур великих інтегральних схем з високою швидкодією і збільшеним температурним діапазоном у заявленому рішенні пропонується на кремнієвих підкладках n-типу 1 UA 68203 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 формувати епiтаксійні шари арсеніду галію, тобто здійснювати гетероепітаксію арсеніду галію на монокремнієвих підкладках (широкозонний напівпровідник GaAs на вузькозонному напівпровіднику монокремнію). Поставлена задача вирішується тим, що за способом формування епітаксійних арсенідгалієвих шарів на монокристалічних кремнієвих підкладках, який полягає в тому, що епітаксійні шари наносять на наперед підготовлених монокремнієвих підкладках, розорієнтованих на кут