Titul EPITAXNÍ PROCES Epi proces

Úvodní video Epi proces

Obsah Krystalografická struktura křemíku Leptání Depozice Reaktor Ohřev Proces Likvidace odpadních plynů Materiály Epi proces

Krystalografická struktura Křemík - Si Každý atom křemíku má čtyři sousedy s kterými tvoří vazbu. Z hlediska elektrických vlastností je důležitá orientace krystalografické struktury vzhledem k povrchu křemíkové desky. V praxi jsou významné orientace <100> a <111>. Základem krystalografické struktury křemíku je plošně centrovaná kubická struktura - krychle s atomy ve vrcholech a ve středech stěn. Když se posune kopie takovéto struktury o 1/4 telesové uhlopříčky, původní i posunuté atomy tvoří diamantový typ struktury, což je také struktura křemíku. <100> a = 0,543 nm a <111> Epi proces

Leptání Při vysoké teplotě (1100°C) reaguje křemík na povrchu desky s chlorovodíkem a vodíkem za vzniku dichlorsilanu, trichlorsilanu a dalších chemických sloučenin křemíku s chlorem a vodíkem. Tyto sloučeniny jsou pri teplotě v reaktoru plynné. Leptáním se odstraňuje několik mikrometrů křemíku z povrchu desky. Leptání povrchu křemíkové desky je důležitý krok před depozicí epitaxní vrstvy. Z povrchu se musí odstranit různé nečistoty a také vrstva křemíku s krystalografickými poruchami. Epitaxní vrstva roste správně pouze na dokonale čistém povrchu bez krystalografických poruch. Jakékoli nedokonalosti povrchu způsobují vznik poruch v epitaxní vrstvě. Do epitaxního reaktoru vstupuje směs vodíku s chlorovodíkem. H Cl H Cl Si 1100°C Epi proces

Depozice 1100°C H Cl Si P H P Cl Si As Si P Si Příklad pro substrát dopovaný arzénem - As a epitaxní vrstvu dopovanou fosforem -P. Při vysoké teplotě (>1000°C) se trichlorsilan rozkládá na jednodušší sloučeniny. Jejich reakcí s vodíkem vzniká chlorovodík a volné atomy křemíku. Tepelným rozkladem fosfínu vznikají volné atomy fosforu. Tyto reakce probíhají obojím směrem. Atomy křemíku reagují s chlorovodíkem a pod. V důsledku vysoké teploty křemíkové desky se z ní uvolňují atomy arzénu. Tyto se ukládají v narůstající epitaxní vrstvě. Nežádoucí dopování epitaxní vrstvy dopantem substrátu se nazývá autodoping. Při povrchu křemíkové desky, kde je teplota nejvyšší (1100°C), jsou některé atomy křemíku zachyceny povrchem. Zachycený atom jistý čas putuje po povrchu, až najde energeticky nejvýhodnější místo odpovídající krystalografické struktuře. Podobně se ukládají i atomy dopantu. Dokonalá epitaxní vrstva roste jen při dostatečně vysoké teplotě (nad 1100°C). Při nižších teplotách atomy rychle „ztuhnou“, dříve než najdou odpovídající místo v krystalové mřížce. Do epitaxního reaktoru vstupuje změs vodíku, trichlorsilanu a zdroje dopantu - fosfinu. H Cl Si P H P Cl Si As Si P Si 1100°C Epi proces

Reaktor Jednodeskový typ „Pancake“ typ Barelový 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 Epi proces

Ohřev Infra (IR) ohřev Indukční (RF) ohřev Susceptor se ohřívá absorpcí infračerveného záření z rozžhavených infralamp. Lepší regulace teploty Větší citlivost na zanášení zvonu Vysokofrekvenční generátor Indukční (RF) ohřev Cívka v blízkosti susceptoru je napájená proudem z vysokofrekvenčního generátoru. Susceptor se ohřívá absorpcí elektromagnetického záření z cívky. Susceptor a křemíkové desky musí být ohřáty na teplotu kolem 1100°C (podle technologických požadavků). Ostatní části epitaxního reaktoru v blízkosti susceptoru a vyhřívacích těles musí být chlazeny vodou anebo vzduchem. Menší citlivost na zanášení zvonu Horší regulace teploty Epi proces

Likvidace odpadních plynů Proces Start Proplach N2 N2 H2 HCl SiHCl3 PH3 Proplach H2 Ohřev Leptání Proplach H2 Depozice Proplach H2 Chlazení Proplach N2 Likvidace odpadních plynů Konec Epi proces

Likvidace odpadních plynů Do neutralizační stanice Z reaktoru Voda Odvod plynů Epi proces

Dusík - N2 Nedýchatelný plyn bez barvy a zápachu. Je těžší jako vzduch a nehořlavý. Skladuje se kapalný v dewarových nádobách při teplotě -170°C. Zasažení pokožky kapalným dusíkem způsobuje těžké omrzliny. V epitaxním procesu se pouzívá na vyplachování pracovního prostoru epitaxního reaktoru. Epi proces

Vodík - H2 Nedýchatelný plyn bez barvy a zápachu. Je lehčí jako vzduch. Je hořlavý a ve směsi se vzduchem vytváří třaskavou směs. Skladuje se ve velkokapacitních tlakových zásobnicích. V epitaxním procesu se používá jako nosný plyn v epitaxním reaktoru. Epi proces

Chlorovodík - HCl Silně zapáchající, žíravý, jedovatý plyn žlutozelené barvy. Je těžší jako vzduch a nehořlavý. Ve styku s vlhkým vzduchem vzniká mlha kyseliny chlorovodíkové. Již malé množství ve vzduchu způsobuje korozi kovů. Skladuje se kapalný v kontejnerech. V epitaxním procesu se pouzívá na leptání povrchu křemíkových desek před depozicí epitaxní vrstvy. Epi proces

Trichlorsilan - SiHCl3 Po chloru zapáchající, žíravá, jedovatá kapalina. Její páry jsou těžší jako vzduch. Ve styku s vlhkým vzduchem vzniká mlha kyseliny chlorovodíkové a kysličníku křemičitého. Již malé množství ve vzduchu způsobuje korozi kovů. Skladuje se v sudech. V epitaxním procesu se pouzívá jako zdroj křemíku při depozici epitaxní vrstvy. Epi proces

Fosfin - PH3 Nedýchatelný, prudce jedovatý zapáchající plyn. Na epitaxním pracovišti se používá ve směsi s vodíkem (40 ppm). Tato směs již není tak nebezpečná z hlediska jedovatosti, ale má nebezpečné vlastnosti vodíku. Směs fosfinu s vodíkem se skladuje v tlakových láhvích. V epitaxním procesu se používá jako zdroj fosforu na dopování epitaxní vrstvy. Epi proces

Diboran - B2H6 Nedýchatelný, prudce jedovatý zapáchající plyn. Na epitaxním pracovišti se používá ve směsi s vodíkem (40 ppm). Tato směs již není tak nebezpečná z hlediska jedovatosti, ale má nebezpečné vlastnosti vodíku. Směs diboranu s vodíkem se skladuje v tlakových láhvích. V epitaxním procesu se používá jako zdroj bóru na dopování epitaxní vrstvy. Epi proces