Данное действие выражено в закономерном увеличении кристаллообразного вещества внутри другого. Иными словами, происходит направленное увеличение обрабатываемого кристалла в процессе создания подложки. Сам процесс увеличения всего запаса кристаллов именуется эпитаксиальным действием, при котором каждый из последующих пластов имеет такую же структуру, как и первоначальный пласт. На производстве существуют также подтипы эпитаксии гетеро-возделываемого вида, при котором сама подложка и структура растущего кристалла разные по типу. В том случае, когда два этих элемента похожи, такой процесс именуется гамма-эпитаксией. При направленном росте кристаллов в середине дублирующего, в научных кругах называют эндотоксией.
Для того, чтобы выполнить эпитаксию без дополнительных трудностей, структура обрабатываемых решеток не должна разница между собой более чем на 12%. В условиях более высокого расхождения между сопряженными решетками, обработке подвергаются плоскости с более повышенной плотностью структуры и направленностью. Стоит отметить, что при таких условиях одна решетка никогда не имеет продолжение во вторую. Большая часть остатков на краях подобных прерванных плоскостей образовывают дислокацию несоответствия.
Условия проведения эпитаксии обусловлены общей активностью граней, которые должны состоять из подложки кристаллика, кристаллика сферы, а также подложки сферы. Их взаимодействие и уровень активности обязательно должен иметь минимальную степень. Во время действия полупроводниковой техники и накопительных схем в качестве базового инструменты применяется именно эпитаксия.
Молекулярная эпитаксия
Такой процесс является эпитаксиальным увеличением происходящим в вакуумной среде. С помощью молекулярной эпитаксии можно с успехом выращивать гетероструктуры необходимой толщины, имея гладкие моноатомные границы с заведомо определенным профилем для легирования. Агрегаты, которые используют данный тип воздействия предрасположены к возможности изучения характеристик создаваемых пленок. Молекулярную эпитаксию невозможно осуществить если подложка плохо очищена и не имеет атомарно-гладкой поверхности.
Если более подробно рассмотреть принцип действия данного процесса, то станет известным, что он происходит с помощью оседания испаряемого внутримолекулярного источника элемента на плоскость кристалловидной подложки. В принципе, сам технологический процесс не особо сложный, но его осуществление на практике требует наличия достаточно сложных промышленных систем, к которым предъявляются следующие требования:
- Уровень вакуума должен быть сверхвысоким, а его наличие должно быть бесперебойным;
- Те элементы, которые подвергаются испарению должны быть очищены минимум на 99%;
- Для того, чтобы произвести выпаривание тугоплавкого вещество, должен присутствовать молекулярный источник, а также аппаратура обязана иметь специальный регулятор плотности подаваемой струи.
Молекулярно-лучевая эпитаксия
Среди разнообразия нанотехнологических методов добычи гетероструктуры полупроводникового типа молекулярно-лучевая эпитаксия является наиболее приемлемой. Если рассмотреть прибор для данного процесса, то он состоит из микротигля, являющегося наиболее главной составной частью. Также в устройство входят нагреватели, температура которых определяется уровнем натиска струи от испаряемого элемента, без чего в принципе не получится создать требуемые молекулярные пучки. Нанесение распыляемого материала на подложку должно происходить при условии абсолютного вакуума, без даже минимальных изменений в его уровне. Правильный выбор температурного режима для нагревателей и самой подложки позволяет получать сложные структурные слои с качественным химическим составом. Нагрев в самой подложке требуется для достижения необходимых характеристик создаваемой эпитаксиальной оболочки. Дополнительные координационные действия осуществляются благодаря течению наращивания разных пластов при помощи специальных заслонок, расположенных между нагревательными элементами и поверхностью наносимой подложки, благодаря которым можно остановить либо запустить процесс притока любого из пучков молекул на поверхность подложек.
Корпуса подобных установок оснащаются специальными лючками для того, чтобы можно было беспрепятственно менять образцы. Также, предусмотрено дополнительное оснащение, с помощью которого можно проводить анализ пленок через дифракционное отображение электронов, масс-спектрометрию, оже-спектрометрию и прочего. Благодаря применению молекулярно-лучевой эпитаксии в плоскости локальных структур стает возможным выращивание покрытия с разной структурой рельефа.
Газовая эпитаксия
Данная методика получения оболочек с помощью эпитаксии полупроводников осуществляется благодаря осаждению частиц из парогазовой фазы. Такой процесс наиболее востребован при работе полупроводниковых аппаратов на основе кремния, германия и арсенид-галлия.
Молекулярно-лучевую эпитаксию газовой фазы можно проводить в условиях атмосферного или низкого давления в специально разработанных для этого реакторах горизонтальной либо отвесной конструкции. Для того, чтобы произвести реакцию на плоскости подложки (полупроводника) ей нужно обеспечить прогрев от 400 до 1200 градусов (все зависит от метода осаждения, скорости нанесения степени вакуума внутри рабочей камеры). В качестве нагревателей применяются инфракрасные излучатели, через индуктивный или резистивный метод. Понижение уровня температуры процесса до минимального показателя приводит к образованию специальных условий для развития поликристаллических пластов. Вдобавок такая особенность технологии позволяет уменьшить толщину диффузии в переходном слое, находящимся между самой подложкой и наносимым слоем, что улучшает качество итоговых характеристик готовой продукции.
Газофазная эпитаксия дает возможность извлекать необходимые пласты кремния двумя основными способами:
- Применение водорода для возобновления кремний тетрахлорида, а также дихлорсилана и трихлорсилана;
- Проводя уничтожение моносилана с помощью пиролитического воздействия.
Методы эпитаксии
Существует эпитаксия с разными фазами влияния: газовая, жидкая, твердая. Ее определение базируется на состоянии элементов атома полупроводников и включений для получения оболочек. Ниже приведены все разновидности методов более подробно:
- Твердофазная эпитаксия. Является достаточно сложным технологическим процессом, из-за чего на сегодняшний день ее практически не используют;
- Жидкофазная эпитаксия. При такой методике стало возможным выращивать кристаллы из расплавленных компонентов металла, частиц полупроводников металлических сплавов, электролитов в жидком состоянии и солевых расплавленных масс. Если полупроводниковые синтезы обладают множеством слоев, к примеру, GaАs и CdSnР2, то данный метод отлично подходит для их извлечения с очень высокой продуктивностью. В некоторых случаях предприятия используют жидкофазный способ для высвобождения монокристаллического кремния. Чтобы осуществить данный процесс в начале подготавливается закладочный материал из элементов создаваемого пласта, газообразной либо легирующей примеси и вещества-растворителя, который может полноценно растворять сырье подложки при воздействии не высокой температуры. Рабочая среда для данного процесса должна быть либо азотной, либо водородной (если нужно осуществить возобновление оксидных пленок в области поверхности подложки и расплава) или в вакуумной среде (если оксидные пленки созданы заранее). Готовую шихту наносят на поверхность подложки для частичного ее растворения, а также удаления механических повреждений и грязи. После перехода расплава из нормального состояния в перенасыщенное, начинают осаждаться излишки полупроводника на саму подложку, которую можно считать этапом затравки. Что касается конструктивных особенностей рабочей камеры, то она бывает циркулирующего вида, пенального или шиберного.
- Газофазная эпитаксия. Является самым практичным методам из всех существующих, благодаря воздействию уплотнения, образующегося паром в сочетании с подогреваемой подложкой, включающей в себя различные парогазовые смеси. Существуют агрегаты, которые оборудованы хлоридным методом воздействия с помощью химических процессов, образующихся в ходе подогрева подложки при газовой фазе. Благодаря хлоридному способу чаще всего производят извлечение эпитаксиальных оболочек кремния. Если рассмотреть газофазную эпитаксию с хлоридным методом более подробно, то процесс состоит из загрузки монокристаллических пластинок внутрь сосуда, который помещается в кварцевую трубку, после чего осуществляется удаление тончайших пластов окисла в зоне плоскостей монокристаллической пластины, которые образуются в ходе хранения и перемещения обрабатываемых пластинок. Для такого действия необходимо наличие водородной среды при высоком температурном режиме, чтобы спровоцировать восстановление кремния из структуры окисла. Чтоб завершить процесс газофазной эпитаксии происходит воздействие хлоридным водородом для стравливания внешних пластов.
Установки эпитаксии
В основе оборудования для подобных действий лежит три основных элемента: механизм, анализирующий и подготавливающий подложку; приспособление для эпитаксии полупроводниковых синтезов; модуль для эпитаксии простого полупроводника, металла или диэлектрика. В состав вакуумного узла общей системы обязательно должно входить приспособление погрузки и разгрузки подложек, транспортировочный механизм и откачной пост для предварительного нагнетания вакуумной среды.
Чтобы осуществлять погрузочно-разгрузочные действия применяются многоступенчатые манипуляторы, которые падают подложки через шлюзовые отверстия. Причем такая транспортировка возможна для помещения обрабатываемого материала в любой узел системы эпитаксии.
После нанесения растворяющей смеси на поверхность подложки, ее чистота полностью не достигается и для дополнительной и полноценной очистки в рабочей камере устанавливается гетерополярная пушка, использующая метод травления.
В полупроводниковой эпитаксиальной камере, в большинстве случаев, монтируются 6 тепловых излучателей, а в резервуары для простых полупроводников, как правило, установлены два термических тигельных испарителя и два электронных испарителя радиального типа.
