Технология структур "карбид кремния - кремний" для приборов микроэлектроники и микросистемной техники

• Автор: Матузов, Антон Викторович
• Шифр специальности: 05.27.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 113 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Список терминов, условных обозначений и сокращений

Введение

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ПО ВОПРОСАМ ЭПИТАКСИИ КАРБИДА КРЕМНИЯ НА КРЕМНИИ

1.1. Способы получения и особенности технологии роста

гетероэпитаксиальных структур ЗСБСБ

1.1.1. Методы подготовки подложек

1.1.2. Методики формирования буферного слоя

1.1.3. Процессы осаждения ЗСБС на кремниевые подложки

1.2. Базовые методы исследования структур ЗСБСБ

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ГАЗОФАЗНОГО ОСАЖДЕНИЯ КАРБИДА КРЕМНИЯ НА КРЕМНИЕВЫЕ ПОДЛОЖКИ
2.1. Описание установки газофазного осаждения карбида кремния
2.2. Разработка конструкции реактора
2.2.1. Выбор геометрии реактора
2.2.2. Выбор материалов для изготовления оснастки реактора
2.2.3. Конструкция реактора
2.2.4. Перспективы увеличения площади подложек
2.3. Подготовка подложек к процессу осаждения
2.4. Методики формирования буферного слоя
2.4.1. Карбиднзация поверхности монокристаллического кремния
2.4.2. Карбиднзация нанопористого кремния
2.4.3. Использование нанопористого кремния без карбидизации
2.5. Методика выращивания эпитаксиальных слоев
2.5.1. Влияние технологических параметров на характеристики эпитаксиального слоя
2.5.2. Влияние параметров буферного слоя на характеристики эпитаксиального слоя
ГЛАВА 3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГЕТЕРОСТРУКТУР БСБ ДЛЯ СОЗДАНИЯ МЕМБРАН МЭМС
ЗЛ. Перспективы использования структур ЗС БСБ в качестве мембран в МЭМС
3.2. Методика изготовления мембран на основе ЗСБСБ
3.3. Методика исследования и результаты измерения механических напряжений в ЗСБС мембранах
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА ГЕТЕРОСТРУКТУР БСБ ДЛЯ МИКРОЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ
4.1. Перспективы использования гетероперехода пБСрБ для фотоприемников, фотовольтаических преобразователен и транзисторных структур с широкозонным эмиттером
4.2. Методика изготовления экспериментальных образцов диодных структур
4.3. Исследование вольтамперных и вольтфарадных характеристик гетероструктур ЗСБСБ
4.3.1. Структура с изотипньтм гетеропереходом пБСпБ
4.3.2. Структура с анизотипным гетеропереходом пБСрБ
4.3.3. Определение диффузионного потенциала на основе анализа вольтамперных и СУ характеристик
4.4. Анализ процессов транспорта носителей заряда в гетероструктурах пБСрБ
Заключение
Литература


В этой связи, целью настоящей работы является разработка технологических процессов и оборудования для газофазного осаждения кубического карбида кремния на кремниевые подложки, отработка базовых режимов формирования буферных слоев и режимов эпитаксии карбида кремния, исследование морфологических, механических и электрофизических свойств структур для приборов электроники и микросистемной техники. Для решения поставленных задач реализован комплекс технологических операций, включающий формирование буферных слоев на монокристаллическпх подложках кремния и подложках кремния с нанопористым слоем, газофазное осаждение слоев ЗС-БЮ, изготовление мембран методами анизотропного жидкостного травления, формирование гетероструктур ЗС-ЗКУБц с использованием реактивного ионно-плазменного травления. Для определения свойств и параметров слоев применялись следующие методы исследования: электронная Оже-спектроскопия, ИК Фурье спектроскопия, рентгеноспектральный микроанализ (РСМА), дифракция быстрых электронов, электрофизические измерения, атомносиловая, растровая электронная (РЭМ) и ионная микроскопия. Подготовка образцов для растровой микроскопии осуществлялась с использованием техники остросфокусированного ионного пучка (Р1В-технологии). Научная новизна работы. Установлено, что в процессах эпитаксии ЗС-вЮ на с использованием реактора вертикального типа рост пленок определяется не только кинетическими и диффузионными ограничениями, но и процессами гетерогенной и гомогенной кристаллизации. Предложен способ создания гетероструктур п-ЗС-С/р- с улучшенными электрофизическими характеристиками, включающий формирование нанопористого слоя в подложке без использования электрохимического травления и последующую карбидизацию поверхности перед проведением процесса эпитаксии. Установлено, что разработанная аппаратура и технологические процессы эпитаксии позволяют создавать плоские и гофрированные мембранные структуры на основе ЗС-С, характеризующиеся высокой чувствительностью к механическим воздействиям. Определены закономерности, связывающие степень структурного совершенства эпитаксиальных слоев ЗС-С/ с температурой процесса, концентрацией ростообразующих компонентов в газовой фазе, а также с расходами газовых потоков. Разработано оригинальное технологическое оборудование и методика, обеспечивающая получение монокристаллических, текстурированных и поликристаллических пленок карбида кремния кубической политипной модификации на подложках кремния при температурах до °С. Получены экспериментальные образцы плоских и гофрированных мембран размером 1. Полученные плоские мембраны характеризуется высокой чувствительностью к механическому воздействию (до нм/Па), низкими значениями внутренних напряжений о (порядка МПа) и высокой прочностью (критическое давление до кПа). Результаты диссертационной работы использованы при выполнении научно-исследовательских работ ЦМИД-5 «Эпитаксия», ЦМИД-2 «Опасность-РЛ». При газофазном осаждении карбида кремния на подложку кремния в вертикальном реакторе при атмосферном давлении уменьшение скорости роста эпитаксиального слоя с ростом температуры определяется не только кинетическими и диффузионными ограничениями, но и процессами гетерогенной и гомогенной кристаллизации. Величины механических напряжений в эпитаксиальных слоях карбида кремния определяются температурой роста и способом модификации поверхности подложки кремния. Минимальные значения напряжений независимо от метода подготовки буферного слоя соответствуют диапазону температур роста - °С. Нанопористая структура буферного слоя снижает уровень напряжений но, при этом, увеличивает степень разупорядоченности кристаллической структуры эпислоя ЗС-БЮ. В области технологических режимов формирования слоев ЗС-БЮ на , обеспечивающих минимальный уровень остаточных напряжений, возможно создание структур МЭМС для устройств на основе плоских и гофрированных мембран, которые при сопоставимых геометрических размерах с аналогами на традиционных материалах обеспечивают большую чувствительность к механическому воздействию. Буферные слои на основе нанопористого кремния, подверженного карбидизации, позволяют формировать диодные анизотипные гетероструктуры ЗС-8Ю/, характеризующиеся эмиссионнорекомбинационным механизмом транспорта носителей заряда и пробивными напряжениями, превышающими 0 В.