Файл: Дорфман В.Ф. Газофазная микрометаллургия полупроводников [Текст] 1974. - 190 с.pdf

Скорость ^первых двух последовательных реакций.ма­ ла по сравнению со скоростью третьей, что при .больших скоростях потока приводит к правлению подложки [65].

тате в 'верхних слоях газовой фазы происходит кристал­ лизация германия, а в нижних — травление; это явление наблюдается при однородном распределении температу­ ры или даже при 'встречном градиенте (температура верхнего слоя выше нижнего).

Учитывая большую распространенность хлоридно — водородных и иодидных систем, описанные эффекты ано­ мального направления переноса нельзя отнести к отдель­

нентов. Очевидно, максимальное разделение за счет термодифф'узии будет достигнуто, когда перенос лимитиру­

ют гетерогенные стадии, что в стационарных условиях

р

1 К выводу о'б этом явлении в закрытой системе пришли авторы работы [66]; визуально оно наблюдалось также в закрытой и от­ крытой системах, где исследовалось влияние этого эффекта на ки­ нетику процесса [67].

51

противоположен знаку grad Т, т. е. высокотемпературная зона обогащается легким компонентом).

Целесообразно определить относительный перепад .

ад-

перепад его концентраций может даже превышать х, т. е. имеет место .весьма эффективное разделение. Примерами таких систем служат наиболее распространенные в газо­ фазной микрометаллургии системы S 1CI4— Н 2 и GeCU — Н 2. Концентрация S 1CI4 и GeCK в мольных долях состав­ ляет обычно <?10-2. Холодный поток газовой смеси посту­

52

пает непосредственно к (Нагретой подложке (100Ö-- 1300°С для кремния, 700—850°С для германия), и

фект термодиффузионного разделения усиливается. Та­ ким образом величина а тем выше, чем больше скорость потока. Этим, вероятно, объясняется тот факт, что при повышении скорости потока газовое травление подложек начинается при более низких концентрациях GeCU [69]. (Заметим, что с учетом термодиффузии интерпретация многочисленных экспериментальных данных по хлоридным процессам требует серьезного уточнения). В газо­ фазных системах, содержащих водород или гелий, кото­

равновесные парциальные давления активного компо­ нента соответственно при температурах источника и под­ ложки, то для обращения переноса достаточно, чтобы

выполнялось условие -= -< 0 .1 . что нередко реализуется.

В заключение этого раздела отметим, что хотя ано­ мальные направления переноса могут иметь место во многих 'системах, области режимов, в которых они реали­ зуются, обычно невелики. Поэтому термодинамические расчеты в основном дают правильные указания относи­ тельно направления переноса.

ОСНОВНЫЕ КИНЕТИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

О критерии отклонения систем Г М П от равновесия

Вопрос о критерии отклонения от равновесия в систе­ мах іГіМП возникаетв связи со многими задачами. Напри.

53

мер, с технологической точ.кн зрения для 'реализации ста­ бильного 'и воспроизводимого процесса, равно как и для обеспечения высокой производительности, необходимо знать степень отклонения от равновесия в каждой точке реакционного аппарата; с точки зрения исследования ки­ нетики процесса было бы привлекательно иметь крите­ рий, позволяющий производить сравнение процессов кристаллизации в разных условиях для данной системы или в равных условиях для различных систем; при ис­ следовании структурно-физических свойств полупровод­ ников важно знать, как влияет степень отклонения от равновесия на плотность дефектов в слоях и кристаллах,

распределение компонентов между газовой фазой и крис­ таллом. Наконец, этот фактор важен при выращивании кристаллов метастабнльных фаз и соединений.

Регулируемыми технологическими параметрами яв ляются исходный состав газовой смеси и распределение температуры в зонах. Критерий -неравновесное™ должен быть простой по форме функцией этих параметров.

Для транспортных реакций в качестве технологичес­ кого критерия неравновесное™ естественно использовать отношения R концентрации каждого из компонентов кристаллизуемого вещества к концентрации транспорти­ рующего реагента (ом. стр. 38) и сравнивать истинное распределение R в реакционных зонах с равновесным. Можно также применять относительный показатель R совместно с абсолютным параметром Р* [2].

Сложнее выразить физическую неравно весиость про­ цесса.

При росте из собственного пара используется отноше-

р ___ро

иие типа ——— , где Р — истинное, а Р ° — равно­

весное давление пара. Такое выражение удобно тем, что оно сравнивает скорости прямого и обратного процессов, однако для химических реакций принципиально не су­ ществует параметра, который позволил бы записать ли­ нейное соотношение скорости прямого и обратного про­ цесса в широком диапазоне условий. Вблизи равновесия таким параметром, как уже отмечалось, является хими­

54

мость такого критерия неравновесное™ к реальным сис­

вуют лишь следы водорода. Следовательно, для гелие­ вого процесса Аце'^Ан1 (формально Лио *■ <»). Тем не менее замена водорода на гелий не только не снижает

•качества эпитаксиальных слоев, но даже позволяет су­ щественно снизить температуру кристаллизации. Термо­ динамический критерий оказывается также малоэффек­ тивным при исследовании температурно-кинетических зависимостей. Действительно, сродство, как правило, мо­ нотонно зависит от температуры при заданном составе газовой фазы (например, для экзотермических реакций диспропорционирования сродство непрерывно убывает с

теме современной полупроводниковой микрометаллургии SiCU — Н 2 образуются полимерные молекулы. Очевидно, что степень отклонения системы от этого метастабильного состояния существенно иная, чем отклонение от ис­ тинного равновесия.

Не будем анализировать здесь многочисленные рабо­ ты, в которых делается попытка выработать единый кри­ терий пересыщения для ікриеталлизаіции из газовой фазы. Заметим только, что эта задача сводится к следую­

55