Файл: Дорфман В.Ф. Газофазная микрометаллургия полупроводников [Текст] 1974. - 190 с.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 07.07.2024
Просмотров: 138
Скачиваний: 0
В .Ф . Д О Р Ф М А Н
: i>
•' X
i |
t |
i4-' -«
ХЧ'-.-Г
. ‘ АУ. ^
В. Ф. Д О РФ М А Н
ГАЗОФАЗНАЯ
МИКРОМЕТАЛЛУРГИЯ
ПОЛУПРОВОДНИКОВ
МОСКВА «МЕТАЛЛУРГИЯ» 1974
УДК 669.054 -.621.315.592 |
|
|||
 |
Y ?/ S |
Г |
Г»*ч «увіШ'Лкя . |
|
|
’ y'/ r / Г |
l\ |
к«учно*твк«*,»**я |
|
|
-------- |
|
библиотека Съь» |
|
|
<-'Ѵ- |
; |
ЭКЗЕМПЛЯР' |
|
|
uuT&nbHöf^> з а л а |
|||
|
|
’ Щ -Й ЗРЬ |
_ |
|
УДК 669.054 : 621.315.592 |
Газофазная микрометаллургия полупроводников. Д о р ф м а н В. Ф.
М., «Металлургия», 1974. 192 с.
Анализируется современное состояние представлений о механиз ме кристаллизации полупроводников из газовой фазы.
Рассматриваются термодинамические и кинетические условия процессов переноса в системах газофазной миюрометаллургин, а так же возможность применения газофазной микрометаллургии для фи зико-химических .исследований (получение «трудных» соединений и метастабильных фаз, изучение диаграмм фазового равновесия и ме ханизма гетерогенных процессов). Особое внимание уделено меха низму роста как узловой проблеме щ данной области.
Специальная глава посвящена процессам газофазной микроме таллургии в технологии твердого тела.
Книга предназначена для инженеров и научных работников, спе циализирующихся в области газофазной микрометаллургии; может быть также полезна студентам соответствующей специальности. Ил. 43. Табл. 17. Список лит.: 300 назв.
© Издательство «Металлургия», 1974.
Д |
31008—070 |
73—74 |
|
040(01)—74 |
ПРЕДИСЛОВИЕ
Кристаллизация из газовой фазы полупроводнико вых структур, предназначенных для применения в мик роэлектронике, по своим физико-химическим и техноло гическим принципам является преемником классиче ской газофазной металлургии, но по масштабам техноло гических операций и предъявляемым к ним требованиям выделяется .в .самостоятельную область, которая может быть охарактеризована как «микрометаллургия». Это и определило название настоящей книги. Целью книги является критический анализ современного состояния и основных направлений развития газофазной микрометаллургии с точки зрения задач м икроэлектроники. Оче видно, что это, как и объем монографии, исключало де тальное изложение всех опубликованных результатов. Впрочем, в этом и не было необходимости в связи с недавним (1971 г.) выходом в издательстве «Наука» монографии Л . С. Палатника и И. И. Папирова «Эпи таксиальные пленки». Кроме того, параллельно с напи санием настоящей книги готовились к выходу в свет монографии Ф. А. Кузнецова и Л. Н. Александрова, посвященные специальным вопросам кристаллизации из газовой фазы.
Приводимые экспериментальные примеры включая работы автора) следует рассматривать в основном как иллюстрации. Но при обработке статистических данных и в оценках состояния основных направлений автор стремился по возможности полно учесть существующую литературу. Преимущество при ссылках отдавалось ос- новоіПолагающим и новейшим публикациям.
Абсолютный объем информации, накопленной за .'10— 16 лет развития данной области, очень велик. Однако это развитие еще далеко от завершения; в нем отсут ствует единый систематический подход, а многие важ-
1* Зак. 496 |
3 |
ные задачи даже не имеют корректной (постановки: Б настоящей книге анализ современно,го состояния и ближайших перспектив 'развития газофазной микро,ме таллургии 'проводится исходя из 'предпосылки, что они неотделимы от развития важнейших направлений мик роэлектроники, ,в частности — интегральной схемотех ники в области ЭВМ . Основное внимание уделяется вопросам, которые, будучи важными для развития об ласти, остаются нерешенными, т. е. сохраняют значение проблем. Однако автор искренне надеется, что эта кни га достаточно быстро устареет благодаря усилиям со
ветских и зарубежных исследователей.
Автор с удовольствием выражает свою благодар ность В . Н . Маслову, с которым неоднократно обсуж дался замысел этой книги.
ВВЕДЕНИЕ
Осаждение из газовой фазы имеет многолетнюю ис торию как метод получения чистых элементов и соеди нений. На основное современное назначение газофазной металлургии заключается ів создании твердотельных структур, обладающих определенным кристаллическим строением, распределением компонентов и электрофи зических свойств но объему, а также заданной внешней конфигурацией. Масштабы технологических .процессов в этой области чрезвычайно малы: в весовом измерении полный выход одного технологического цикла даже на промышленном уровне редко превышает 0,1— 1 г, вмес то ІО3— Ш4 г в газофазной металлургии чистых металлов или ІО6— Ю8 г и более в цветной и черной металлургии. Но не только этот факт дает основание .применить к рассматриваемой области термин «микрометаллургия». Геометрические параметры твердотельных полупровод никовых структур задаются с точностью ~ ІО-4 см по внешней конфигурации, Ю-5—110—6 см по структуре по верхности и «профилю» легирования, а их электриче ские свойства чувствительны к неоднородностям рас пределения основных компонентов и примесей в микрообластях с размерами 10_6— ІО-7 см.
Таким образом, кристаллизация из газовой фазы позволяет вплотную подойти к проблеме управления свойствами неорганического материала на микроуров не в процессе его формирования. Конечным продуктом является твердотельная структура, которая после не которых дополнительных технологических операций об
ладает |
необходимыми функциональными свойствами |
||
микролрибора или микросхемы. |
полупроводников |
||
'Газофазная |
микрометаллургия |
||
(ГМ П ), |
которая |
коренным образом |
трансформировала |
принципы осаждения из газовой фазы, имеет пример но десятилетнюю историю, которая достаточно нагляд но иллюстрируется данными, приведенными в табл. 1.
5
Т а б л и ц а I
Основные этапы развития газофазной микрометаллургин
Дата публи Литератур Выполненные исследования кации ный ис
точник
Первые |
наблюдения |
эпи |
|
|
Начало |
||||
таксии |
указания |
на |
воз |
|
|
X IX |
в. |
||
Первые |
|
|
1852 |
г. |
|||||
можность химических тран |
|
|
|
|
|||||
спортных реакций і(ТР) |
|
Эйлсворф |
1896 |
г. |
|||||
Разработка |
метода осаж |
||||||||
дения тугоплавких |
метал |
|
|
|
|
||||
лов— Mo, |
Nb, |
Ta, |
Ti, |
Zr |
|
|
|
|
|
из летучих |
галогенидов на |
|
|
|
|
||||
раскаленную нить в атмос |
|
|
|
|
|||||
фере водорода |
ТР |
при |
пе |
И. |
Лангмюр |
1915 |
г. |
||
Исследование |
|||||||||
реносе |
вольфрама |
из |
хо |
|
|
|
|
||
лодной |
зоны на |
|
горячую |
|
|
|
|
||
нить .в хлорндной системе |
А. Ван Аркель, |
1925— |
|||||||
Разработка |
иодидного |
ме- |
|||||||
тода получения чистых ме |
Дж . де Бур, |
1926 |
гг. |
||||||
таллов |
|
первого |
тран |
Дж. Фаст |
1948 |
г. |
|||
Получение |
Дж . |
Бардин, |
|||||||
зистора |
|
|
|
|
|
В. |
Бриттен |
|
|
Установление |
BY |
|
Н. А. Горюнова |
1950 |
г. |
|||||
полупровод |
||||||||||
никовых свойств |
соедине |
|
|
|
|
|
||||
ний типа Л111— |
|
|
п- |
|
|
|
1951 — |
|||
Начало |
производства |
р по |
|
|
|
|||||
лупроводниковых |
прибо |
|
|
|
1952 |
гг. |
||||
ров с диффузионным |
— |
|
|
|
|
|
||||
переходом |
технологии |
зон |
В. |
Пфанн |
1952 |
г. |
||||
Разработка |
||||||||||
ной плавки1 |
2 |
|
|
|
К- |
Фрош, |
1957 |
г. |
||
Открытие маскирующих |
||||||||||
свойств |
S |
O . |
|
Основание |
Л. |
Деррик |
|
|
||
планарной |
технологии |
|
Н. |
Н. Шеф- |
1957 |
г. |
||||
Получение |
монокристалл»- |
|||||||||
ческих слоев Ge и Si хло- |
таль, |
Н. П. Ко- |
|
|
||||||
ридным методом |
|
|
|
кориш, |
|
|
||||
Получение небольших крио- |
А. В. Красилов |
1959 |
г. |
|||||||
Д ж . |
Энтелл, |
|||||||||
таллов |
ЛПІ5 Ѵ |
осаждением |
Д . |
Эффер |
.1960 |
г. |
||||
из газовой фазы |
|
|
|
Д . |
Алегретти |
|||||
Получение 9-слойной крем |
|
|
|
|
|
|||||
ниевой |
активной |
структуры |
|
|
|
1960— |
||||
Первые работы по планар |
|
|
|
|||||||
но-эпитаксиальной |
техно |
|
|
|
1961 |
гг. |
||||
логии |
|
эпитаксиальных |
Цж. |
|
Маринейс, |
I960 |
г. |
|||
Получение |
|
|||||||||
гетеропереход-од |
|
|
|
Р. |
Андерсон |
|
|
По [1]
По [2]
По [3]
[4]
[5,6]
По [7]
— *1
По [8]
[9]
[10]
___*3
[11, с, 118] [12]
*3
[13, 14]
6
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Продолж ение табл. 1 |
|||
Выполненные исследования |
|
|
|
|
Автор |
|
|
Дата публи |
Литератур |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
ный источ |
|||||||||||||
Разработка |
технологии ре- |
Е. |
|
Расманикс |
|
кации |
|
ник |
||||||||||||
|
|
1963 |
г. |
|
[15] |
|||||||||||||||
отаксии |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
П. Робинсон, |
|
1963 |
г. |
|
[16— |
|||||
Разработка сэндвич-метода |
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ф. |
Николл, |
|
|
|
|
18]*4 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
Е. |
Сиртл |
|
|
|
|
|
||
Разработка |
метода |
V1 |
LS*5 |
Р. |
|
Вагнер, |
|
1964 |
г. |
|
[19] |
|||||||||
Получение пленок |
S O |
|
|
в |
|
В. |
Эллис |
|
1964 |
г. |
|
[20] |
||||||||
|
|
В. Штейнмайер, |
|
|
||||||||||||||||
эпитаксиальной системе |
|
|
|
|
Дж. |
Блоум |
|
1964 |
г. |
|
[21] |
|||||||||
Разработка |
метода |
-осаж |
X . |
|
Менейсвит, |
|
|
|||||||||||||
дения Si |
на сапфире |
|
|
|
|
|
В. |
Симпсон |
|
1967 |
г. |
|
[22] |
|||||||
Получение |
эпитаксиальных |
Р. |
Конард, |
|
|
|||||||||||||||
слоев |
GaAs |
с |
подвижнос |
Р. |
Рейнолдс, |
|
|
|
|
|
||||||||||
тью |
носителей |
|
заряда |
М. |
Джеффкот |
|
|
|
|
|
||||||||||
9700 см2/В ■ с |
|
технологии |
А. |
Гуттьерз, |
|
1970 |
г. |
|
[23] |
|||||||||||
Разработка |
|
|
|
|||||||||||||||||
эпитаксии GaAs на сапфи |
X . Поммеринг |
|
|
|
|
|
||||||||||||||
ре и шпинели |
|
|
|
|
|
|
|
В. Райдаут, |
|
1970— |
|
[24] |
||||||||
Получение і150-слойной |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
сверхрешетки |
с |
периодом |
А. |
Блейксли, |
|
1971 |
гг. |
|
|
|||||||||||
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
.5 |
|
Л. |
Эсаки |
|
|
|
|
|
||
ІООА на основе твердых ра |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
створов |
GaAs — GaAso.sPo |
|
Д . |
|
Пельтцер, |
|
1969— |
|
[25,26]*° |
|||||||||||
Получение |
|
эпитаксиаль |
|
|
|
|||||||||||||||
ных структур с оксиднониг- |
Б. |
Херндон, |
|
1971 |
гг. |
|
|
|||||||||||||
ридным покрытием и разра |
|
Е. |
Коои |
|
|
|
|
|
||||||||||||
ботка изоллала риой |
техно- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
пологий |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
*' |
Г о .р ю н о в а |
|
|
я |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
Ns |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
п |
|
|
|
|
Н . |
Н . |
|
|
др. Авт. овид. '0СС1Р |
№ ІІ07450, |
приоритет от |
|||||||||
" Ш е ф - т а л ь |
|
|
||||||||||||||||||
1953 г. — «liraл. .изобретений», |
1957, |
7. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
Ns |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сообщения фирмы IBM . |
|
|
|
|
|
14 |
|
|
|
|
|
||||||||
w |
Одновременно |
этот |
метод |
был |
|
разработан |
в |
ССОР . ( Д о і р ф м а н |
||||||||||||
В. Ф. Авт. свн-д. ССОР |
|
26S376, |
приоритет от 1963 г. «Открытия, изобрете |
|||||||||||||||||
ния. промышл. образцы и тов. знаки», |
1970, № |
). |
|
|
|
|
— ’приня |
|||||||||||||
“ |
V LS — «Vapour — Liquid — Solid» |
і(иар — жидкость — твердое) |
||||||||||||||||||
тое в английской технической литературе сокращение. |
|
|
|
|
||||||||||||||||
"“ Сообщения фирм |
Philips и Fairchild. |
ГМ П |
(1957— 1960 гг.) |
|||||||||||||||||
Ранние |
работы |
|
|
в |
области |
имели целью изыскание методов осаждения германия, кремния и некоторых полупроводниковых соединений из газовой фазы и исследование условий их эпитакси ального роста на идентичных или 'близких по структу ре подложках. Потребовался «индукционный период» в 2—3 года, и с 1960— 1961 гг. число работ возрастает лавинообразно (рис. 1). Дальнейшее развитие включа-
7
Рис. |
1. Динамика публикаций по |
проблемам |
|
газофазной |
||||||||
микрометаллургии |
полупроводников |
|
(периодика |
СССР, |
||||||||
СШ А, |
Японии, стран Западной Европы, а также |
труды об |
||||||||||
А В |
щесоюзных и международных конференций): |
|
||||||||||
|
|
3 — |
|
А |
III |
В |
V |
|
4 |
|
|
|
/ — Германия; 2 — кремний; |
соединения |
|
|
; |
— соединения |
|||||||
И |
VI ; 5 — общее |
число |
публикаций (включая |
работы |
по |
сложным |
||||||
полупроводниковым |
соединениям, ферритам, |
|
магнитным |
полупровод |
||||||||
|
|
|
никам и др.) |
|
|
|
|
|
|
|
|
ло несколько фаз. Первая— разработка технологии по лучения автоэпитаксиальных1 слоев толщиной 5— 10 Мікм и более с совершенной структурой, высокой подвижностью носителей тока и заданной 'концентра цией легирующих примесей, в частности высокоомных. Для германия и кремния решение этой проблемы было
1 Ориентированная кристаллизация на идентичных подложках в литературе иногда называется также гомоэпитаксией или изоэпитаксией (в отличие от гетероили хемоэпитаксии — см. ниже стр. 118).
8