background image

Zak

Zak

ł

ł

ad Przyrz

ad Przyrz

ą

ą

d

d

ó

ó

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

skiej

skiej

WYTWARZANIE 

WYTWARZANIE 

ULTRACIENKICH WARSTW

ULTRACIENKICH WARSTW

dr in

dr in

ż

ż

. Aleksander Werbowy

. Aleksander Werbowy

materiały do wykładu –

TYLKO DO UŻYTKU WEWNĘTRZNEGO,

NA PRAWACH RĘKOPISU !

background image

Zak

Zak

ł

ł

ad Przyrz

ad Przyrz

ą

ą

d

d

ó

ó

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

skiej

skiej

Epitaksja 

Epitaksja 

vs

vs

. endotaksja

. endotaksja

podłoże

podłoże

warstwa

wzrost

Epitaksja

Epitaksja

: warstwa narasta tylko w jednym kierunku, w 

: warstwa narasta tylko w jednym kierunku, w 

g

g

ó

ó

r

r

ę

ę

,    

,    

poczynaj

poczynaj

ą

ą

c od powierzchni pod

c od powierzchni pod

ł

ł

o

o

ż

ż

np

np

. osadzanie SiO

. osadzanie SiO

2

2

Endotaksja

Endotaksja

: warstwa narasta w dw

: warstwa narasta w dw

ó

ó

ch kierunkach, od pod

ch kierunkach, od pod

ł

ł

o

o

ż

ż

a (jak w epitaksji),

a (jak w epitaksji),

ale r

ale r

ó

ó

wnie

wnie

ż

ż

w jego g

w jego g

łą

łą

b (

b (

konsumpcja

konsumpcja

pod

pod

ł

ł

o

o

ż

ż

a) 

a) 

np

np

. utlenianie powierzchni Si

. utlenianie powierzchni Si

(

(

x

x

0

0

0,44

0,44

x

x

)

)

podłoże

podłoże

warstwa

wzrost

x

x

0

background image

Zak

Zak

ł

ł

ad Przyrz

ad Przyrz

ą

ą

d

d

ó

ó

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

skiej

skiej

Techniki CVD

Techniki CVD

Proces syntezy materia

Proces syntezy materia

ł

ł

u w wyniku reakcji/proces

u w wyniku reakcji/proces

ó

ó

chemicznych zachodz

chemicznych zachodz

ą

ą

cych pomi

cych pomi

ę

ę

dzy lotnymi 

dzy lotnymi 

prekursorami. Reakcje te to dysocjacja i/lub reakcje 

prekursorami. Reakcje te to dysocjacja i/lub reakcje 

chemiczne aktywowane termicznie, 

chemiczne aktywowane termicznie, 

promienio

promienio

-

-

waniem

waniem

elektromagnetycznym b

elektromagnetycznym b

ą

ą

d

d

ź

ź

ś

ś

rodowisku 

rodowisku 

plazmy. Maj

plazmy. Maj

ą

ą

one charakter 

one charakter 

homogeniczny

homogeniczny

(prze

(prze

-

-

biegaj

biegaj

ą

ą

w obj

w obj

ę

ę

to

to

ś

ś

ci gazu) i/lub 

ci gazu) i/lub 

heterogeniczny

heterogeniczny

(zachodz

(zachodz

ą

ą

na lub w bezpo

na lub w bezpo

ś

ś

rednim s

rednim s

ą

ą

siedztwie 

siedztwie 

(zazwyczaj grzanego) pod

(zazwyczaj grzanego) pod

ł

ł

o

o

ż

ż

a).

a).

background image

Zak

Zak

ł

ł

ad Przyrz

ad Przyrz

ą

ą

d

d

ó

ó

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

skiej

skiej

Techniki CVD 

Techniki CVD 

niekt

niekt

ó

ó

re 

re 

uwarunkowania krytyczne

uwarunkowania krytyczne

(spos

(spos

ó

ó

b aktywacji proces

b aktywacji proces

ó

ó

w, dob

w, dob

ó

ó

r temperatury)

r temperatury)

Monokrystaliczno

Monokrystaliczno

ść

ść

warstw 

warstw 

Ö

Ö

proces heterogeniczny

proces heterogeniczny

Ø

Ø

Plazma ? NIE !!! (bo zarodkowanie w obj

Plazma ? NIE !!! (bo zarodkowanie w obj

ę

ę

to

to

ś

ś

ci)

ci)

Ø

Ø

czyli: g

czyli: g

ł

ł

ó

ó

wnie aktywacja termiczna !

wnie aktywacja termiczna !

T

T

pod

pod

ł

ł

o

o

ż

ż

a

a

>> 

>> 

T

T

gazu

gazu

? NIE !!! (pod

? NIE !!! (pod

ł

ł

o

o

ż

ż

e promieniuje ciep

e promieniuje ciep

ł

ł

o i 

o i 

T

T

gazu

gazu

Ê

Ê

)

)

Ø

Ø

zn

zn

ó

ó

w procesy homogeniczne

w procesy homogeniczne

background image

Zak

Zak

ł

ł

ad Przyrz

ad Przyrz

ą

ą

d

d

ó

ó

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

skiej

skiej

Techniki PVD

Techniki PVD

Proces syntezy materia

Proces syntezy materia

ł

ł

u bez udzia

u bez udzia

ł

ł

u reakcji 

u reakcji 

chemicznych, w wyniku kondensacji tworz

chemicznych, w wyniku kondensacji tworz

ą

ą

cych 

cych 

go atom

go atom

ó

ó

w z fazy lotnej. S

w z fazy lotnej. S

ą

ą

one uwalniane ze 

one uwalniane ze 

ź

ź

r

r

ó

ó

d

d

ł

ł

a/

a/

ź

ź

r

r

ó

ó

de

de

ł

ł

termicznie (grzanie, ablacja wi

termicznie (grzanie, ablacja wi

ą

ą

zk

zk

ą

ą

laserow

laserow

ą

ą

) b

) b

ą

ą

d

d

ź

ź

wskutek bombardowania wysoko

wskutek bombardowania wysoko

-

-

energetycznymi cz

energetycznymi cz

ą

ą

stkami, a nast

stkami, a nast

ę

ę

pnie 

pnie 

transporto

transporto

-

-

wane

wane

poprzez obszar 

poprzez obszar 

o obni

o obni

ż

ż

onym ci

onym ci

ś

ś

nieniu

nieniu

do 

do 

pod

pod

ł

ł

o

o

ż

ż

a, na kt

a, na kt

ó

ó

rym ulegaj

rym ulegaj

ą

ą

adsorpcji (najpierw 

adsorpcji (najpierw 

fizysorpcji

fizysorpcji

, a potem chemisorpcji).

, a potem chemisorpcji).

background image

Zak

Zak

ł

ł

ad Przyrz

ad Przyrz

ą

ą

d

d

ó

ó

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

skiej

skiej

Techniki PVD 

Techniki PVD 

niekt

niekt

ó

ó

re 

re 

uwarunkowania krytyczne

uwarunkowania krytyczne

D

D

ł

ł

ugo

ugo

ść

ść

drogi swobodnej 

drogi swobodnej 

λ

λ

wymiar

wymiar

ó

ó

w aparatury

w aparatury

Ø

Ø

Odpowiednio niskie ci

Odpowiednio niskie ci

ś

ś

nienia 

nienia 

p

p

!!!

!!!

cm

Pa

0,66

[

]

[

]

p

λ

(dla powietrza)

background image

Zak

Zak

ł

ł

ad Przyrz

ad Przyrz

ą

ą

d

d

ó

ó

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

skiej

skiej

Dynamika procesu epitaksji

Dynamika procesu epitaksji

Dotyczy CVD

background image

Zak

Zak

ł

ł

ad Przyrz

ad Przyrz

ą

ą

d

d

ó

ó

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

skiej

skiej

Czynniki kontroluj

Czynniki kontroluj

ą

ą

ce proces 

ce proces 

wzrostu warstw z fazy gazowej

wzrostu warstw z fazy gazowej

A

A

wzrost kontrolowany przez 

wzrost kontrolowany przez 

kinetyk

kinetyk

ę

ę

proces

proces

ó

ó

w powierzchniowych

w powierzchniowych

B

B

wzrost kontrolowany przez 

wzrost kontrolowany przez 

transport masy

transport masy

C

C

wzrost kontrolowany przez efekty 

wzrost kontrolowany przez efekty 

wysokotemp

wysokotemp

. (wi

. (wi

ę

ę

ksza desorpcja, 

ksza desorpcja, 

konkurencyjne reakcje chemiczne, jak 

konkurencyjne reakcje chemiczne, jak 

np. trawienie warstwy przez uboczne 

np. trawienie warstwy przez uboczne 

produkty reakcji, np.:

produkty reakcji, np.:

SiCl

SiCl

4

4

(g) + 2H

(g) + 2H

2

2

(g) 

(g) 

Si(s

Si(s

) + 4

) + 4

HCl

HCl

(g), 

(g), 

ale opr

ale opr

ó

ó

cz tego:

cz tego:

SiCl

SiCl

4

4

(g) + 

(g) + 

Si(s

Si(s

2SiCl

2SiCl

2

2

(

(

g

g

)

)

C

Epitaksja Si

Epitaksja Si

S.M. Sze, „Semiconductor devices…”, John Wiley & Sons, 1985

background image

Zak

Zak

ł

ł

ad Przyrz

ad Przyrz

ą

ą

d

d

ó

ó

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

skiej

skiej

Wzrost epitaksjalny 

Wzrost epitaksjalny 

faza pocz

faza pocz

ą

ą

tkowa

tkowa

/

pow

epi

pow int

γ

γ

γ

+

<

/

pow

epi

pow int

γ

γ

γ

+

/

pow

epi

pow int

γ

γ

γ

+

>

gdzie 

gdzie 

γ

γ

-

-

napr

napr

ęż

ęż

enia

enia

(a precyzyjniej 

(a precyzyjniej 

swobodne energie na jednostk

swobodne energie na jednostk

ę

ę

powierzchni

powierzchni

)

)

odpowiednio: powierzchni pod

odpowiednio: powierzchni pod

ł

ł

o

o

ż

ż

a, warstwy przej

a, warstwy przej

ś

ś

ciowej i epitaksjalnej

ciowej i epitaksjalnej

background image

Zak

Zak

ł

ł

ad Przyrz

ad Przyrz

ą

ą

d

d

ó

ó

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

skiej

skiej

Wzrost epitaksjalny 

Wzrost epitaksjalny 

faza 

faza 

pocz

pocz

ą

ą

tkowa

tkowa

D

D

ąż

ąż

enie uk

enie uk

ł

ł

adu do najkorzystniejszego energetycznie stanu, czyli 

adu do najkorzystniejszego energetycznie stanu, czyli 

stanu o najni

stanu o najni

ż

ż

szej energii

szej energii

Niedopasowanie = napr

Niedopasowanie = napr

ęż

ęż

enie

enie

Uk

Uk

ł

ł

ad d

ad d

ąż

ąż

y do relaksacji (odpr

y do relaksacji (odpr

ęż

ęż

enia)

enia)

¾

¾

Pocz

Pocz

ą

ą

tkowo mo

tkowo mo

ż

ż

e si

e si

ę

ę

to odbywa

to odbywa

ć

ć

bez powstawania dyslokacji 

bez powstawania dyslokacji 

(

(

deformacja spr

deformacja spr

ęż

ęż

ysta

ysta

)

)

¾

¾

Powy

Powy

ż

ż

ej pewnych rozmiar

ej pewnych rozmiar

ó

ó

w wyspy odpr

w wyspy odpr

ęż

ęż

enie mo

enie mo

ż

ż

liwe tylko 

liwe tylko 

poprzez 

poprzez 

deformacj

deformacj

ę

ę

plastyczn

plastyczn

ą

ą

, a wi

, a wi

ę

ę

c powstanie dyslokacji

c powstanie dyslokacji

nieodwracalna !

nieodwracalna !

odwracalna !

odwracalna !

background image

Zak

Zak

ł

ł

ad Przyrz

ad Przyrz

ą

ą

d

d

ó

ó

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

skiej

skiej

Wzrost epitaksjalny 

Wzrost epitaksjalny 

faza 

faza 

pocz

pocz

ą

ą

tkowa

tkowa

Rodzaj wzrostu okre

Rodzaj wzrostu okre

ś

ś

lony jest stopniem niedopasowania 

lony jest stopniem niedopasowania 

ε

ε

sta

sta

ł

ł

ych sieci pod

ych sieci pod

ł

ł

o

o

ż

ż

a

a

pod

pod

ł

ł

i warstwy 

i warstwy 

a

a

epi

epi

, gdzie:

, gdzie:

ε

ε

< 0 (czyli 

< 0 (czyli 

a

a

pod

pod

ł

ł

a

a

epi

epi

n

n

apr

apr

ęż

ęż

enia 

enia 

ś

ś

ciskaj

ciskaj

ą

ą

ce (i ekspansja      

ce (i ekspansja      

narastaj

narastaj

ą

ą

cej warstwy w kierunku wzrostu)

cej warstwy w kierunku wzrostu)

ε

ε

> 0 (czyli 

> 0 (czyli 

a

a

pod

pod

ł

ł

a

a

epi

epi

n

n

apr

apr

ęż

ęż

enia rozci

enia rozci

ą

ą

gaj

gaj

ą

ą

ce (i kurczenie 

ce (i kurczenie 

si

si

ę

ę

narastaj

narastaj

ą

ą

cej warstwy w kierunku wzrostu)

cej warstwy w kierunku wzrostu)

ł

=

pod

epi

epi

a

a

a

ε

background image

Zak

Zak

ł

ł

ad Przyrz

ad Przyrz

ą

ą

d

d

ó

ó

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

skiej

skiej

Wzrost epitaksjalny 

Wzrost epitaksjalny 

faza pocz

faza pocz

ą

ą

tkowa

tkowa

a)

a)

Wzrost 

Wzrost 

Franka

Franka

-

-

Van

Van

der 

der 

Merve

Merve

a

a

praktycznie tylko w 

praktycznie tylko w 

przy

przy

-

-

padku

padku

homoepitaksji

homoepitaksji

(ew. dla 

(ew. dla 

ε

ε

< 2%)

< 2%)

np

np

.: Si na Si czy 

.: Si na Si czy 

AlAs

AlAs

na 

na 

GaAs

GaAs

b)

b)

Wzrost typu 

Wzrost typu 

Stranskiego

Stranskiego

-

-

Krastanowa

Krastanowa

dla 2% < 

dla 2% < 

ε

ε

< 10% 

< 10%  

(a nawet 14% przy ni

(a nawet 14% przy ni

ż

ż

szych temperaturach procesu, ale wtedy 

szych temperaturach procesu, ale wtedy 

warstwa metastabilna)

warstwa metastabilna)

np

np

.: Ge na Si, 

.: Ge na Si, 

InAs

InAs

na 

na 

GaAs

GaAs

(

(

max

max

. grubo

. grubo

ść

ść

warstwy 

warstwy 

zwil

zwil

ż

ż

aj

aj

ą

ą

cej

cej

kilka ML, bo 

kilka ML, bo 

energia zwi

energia zwi

ą

ą

zana z napr

zana z napr

ęż

ęż

eniem jest ~ grubo

eniem jest ~ grubo

ś

ś

ci warstwy)

ci warstwy)

c)

c)

Wzrost typu 

Wzrost typu 

Volmera

Volmera

-

-

Webera

Webera

dla 

dla 

ε

ε

> 10%

> 10%

background image

Zak

Zak

ł

ł

ad Przyrz

ad Przyrz

ą

ą

d

d

ó

ó

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

skiej

skiej

Wzrost epitaksjalny 

Wzrost epitaksjalny 

powstawanie wysp 

powstawanie wysp 

zaleta czy wada?

zaleta czy wada?

P. Finnie and Y. Homma, Surf. Sci. 500 (2002) 437

Wytwarzanie warstw grubszych 

Wytwarzanie warstw grubszych 

mniejsza g

mniejsza g

ł

ł

adko

adko

ść

ść

powierzchni

powierzchni

Czasy procesu: a) 5,1 min; b) 13 min;

c) 20 min; d) 45 min;
e) 97 min; f) 169 min

background image

Zak

Zak

ł

ł

ad Przyrz

ad Przyrz

ą

ą

d

d

ó

ó

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

skiej

skiej

Wzrost epitaksjalny 

Wzrost epitaksjalny 

powstawanie 

powstawanie 

wysp 

wysp 

zaleta czy wada?

zaleta czy wada?

Mo

Mo

ż

ż

liwo

liwo

ść

ść

wytwarzania 

wytwarzania 

samoorganizuj

samoorganizuj

ą

ą

cych si

cych si

ę

ę

kropek kwantowych

kropek kwantowych

(

(

przy odpowiednio wczesnym 

przy odpowiednio wczesnym 

przerwaniu procesu s

przerwaniu procesu s

ą

ą

to 

to 

obiekty 

obiekty 

bezdyslokacyjne

bezdyslokacyjne

!

!

)

)

Ale:

Ale:

na razie wci

na razie wci

ąż

ąż

mamy k

mamy k

ł

ł

opoty z 

opoty z 

kontrol

kontrol

ą

ą

ich lokalizacji

ich lokalizacji

P. Finnie and Y. Homma, Surf. Sci. 500 (2002) 437

background image

Zak

Zak

ł

ł

ad Przyrz

ad Przyrz

ą

ą

d

d

ó

ó

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

skiej

skiej

Wzrost epitaksjalny 

Wzrost epitaksjalny 

wybrane 

wybrane 

zagadnienia

zagadnienia

Pozorna migracja wysp 

Pozorna migracja wysp 

przeskakiwanie 

przeskakiwanie 

adatom

adatom

ó

ó

w

w

(przypadek wyspy 1

(przypadek wyspy 1

-

-

wymiarowej)

wymiarowej)

P. Finnie and Y. Homma, Surf. Sci. 500 (2002) 437

background image

Zak

Zak

ł

ł

ad Przyrz

ad Przyrz

ą

ą

d

d

ó

ó

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

skiej

skiej

Wzrost epitaksjalny 

Wzrost epitaksjalny 

wybrane zagadnienia

wybrane zagadnienia

P. Finnie and Y. Homma, Surf. Sci. 500 (2002) 437

Ewolucja rozmiar

Ewolucja rozmiar

ó

ó

w wysp w czasie

w wysp w czasie

(

r

r

zar

zar

r

r

kryt

kryt

r

r

zar

zar

Ê

Ê

ca

ca

ł

ł

kowita energia swobodna uk

kowita energia swobodna uk

ł

ł

adu 

adu 

Ì

Ì

)

)

r

r

zar

zar

r

r

kryt

kryt

A

A

zar

zar

/

/

V

V

zar

zar

; w

; w

ó

ó

wczas 

wczas 

r

r

zar

zar

Ê

Ê

ca

ca

ł

ł

kowita energia swobodna uk

kowita energia swobodna uk

ł

ł

adu

adu

Ê

Ê

(uk

(uk

ł

ł

ad mo

ad mo

ż

ż

e obni

e obni

ż

ż

y

y

ć

ć

ca

ca

ł

ł

k

k

. energi

. energi

ę

ę

swobodn

swobodn

ą

ą

poprzez redukcj

poprzez redukcj

ę

ę

rozmiar

rozmiar

ó

ó

w;

w;

r

r

zar

zar

r

r

kryt

kryt

uk

uk

ł

ł

ad mo

ad mo

ż

ż

obni

obni

ż

ż

y

y

ć

ć

ca

ca

ł

ł

kowit

kowit

ą

ą

energi

energi

ę

ę

swobodn

swobodn

ą

ą

poprzez wzrost)

poprzez wzrost)

background image

Zak

Zak

ł

ł

ad Przyrz

ad Przyrz

ą

ą

d

d

ó

ó

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

skiej

skiej

Wzrost epitaksjalny na powierzchniach 

Wzrost epitaksjalny na powierzchniach 

wicynalnych

wicynalnych

J.R. Arthur, Surf.Sci500 (2002) 189

Powierzchnia 

Powierzchnia 

wicynalna

wicynalna

powierzchnia tarasowa powsta

powierzchnia tarasowa powsta

ł

ł

a wskutek 

a wskutek 

ci

ci

ę

ę

cia lub polerowania pod

cia lub polerowania pod

ł

ł

o

o

ż

ż

a pod k

a pod k

ą

ą

tem nieco innym (dziesi

tem nieco innym (dziesi

ą

ą

te 

te 

cz

cz

ęś

ęś

ci stopnia) do p

ci stopnia) do p

ł

ł

aszczyzny krystalograficznej 

aszczyzny krystalograficznej 

praktycznie ka

praktycznie ka

ż

ż

da 

da 

powierzchnia

powierzchnia

10 nm…kilka

μm

1 ML

Najlepsze komercyjnie dost

Najlepsze komercyjnie dost

ę

ę

pne pod

pne pod

ł

ł

o

o

ż

ż

a:

a:

background image

Zak

Zak

ł

ł

ad Przyrz

ad Przyrz

ą

ą

d

d

ó

ó

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

skiej

skiej

Wzrost epitaksjalny na powierzchniach 

Wzrost epitaksjalny na powierzchniach 

wicynalnych

wicynalnych

Najkorzystniejsze energetycznie

Najkorzystniejsze energetycznie

miejsca wbudowywania si

miejsca wbudowywania si

ę

ę

adatom

adatom

ó

ó

w

w

Celowe wprowadzanie

Celowe wprowadzanie

wicynalno

wicynalno

ś

ś

ci

ci

, bo

, bo

proces bardziej efektywny

proces bardziej efektywny

lepsza jako

lepsza jako

ść

ść

warstw

warstw

background image

Zak

Zak

ł

ł

ad Przyrz

ad Przyrz

ą

ą

d

d

ó

ó

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

skiej

skiej

Wzrost warstwy typu 

Wzrost warstwy typu 

step 

step 

flow

flow

P. Finnie and Y. Homma, Surf. Sci. 500 (2002) 437

w

w

ą

ą

ski grzbiet: 

ski grzbiet: 

droga migracji > 

droga migracji > 

d

d

Ø

Ø

brak 

brak 

nukleacji

nukleacji

wysp

wysp

Ø

Ø

step 

step 

flow

flow

d

Ø

Ø

szerszy grzbiet: 

szerszy grzbiet: 

droga migracji < 

droga migracji < 

d

d

Ø

Ø

nukleacja

nukleacja

wysp

wysp

d

background image

Zak

Zak

ł

ł

ad Przyrz

ad Przyrz

ą

ą

d

d

ó

ó

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

skiej

skiej

Wzrost warstwy typu 

Wzrost warstwy typu 

step 

step 

flow

flow

niestabilno

niestabilno

ść

ść

progu

progu

w

w

ęż

ęż

szy taras 

szy taras 

Ö

Ö

mniej adsorbowanych 

mniej adsorbowanych 

atom

atom

ó

ó

w / jednostk

w / jednostk

ę

ę

czasu 

czasu 

Ö

Ö

wolniejszy 

wolniejszy 

i bardziej stabilny rozrost progu

i bardziej stabilny rozrost progu

P. Finnie and Y. Homma, Surf. Sci. 500 (2002) 437

szerszy taras 

szerszy taras 

Ö

Ö

wi

wi

ę

ę

cej adsorbowanych 

cej adsorbowanych 

atom

atom

ó

ó

w / jednostk

w / jednostk

ę

ę

czasu 

czasu 

Ö

Ö

szybszy     

szybszy     

i mniej stabilny rozrost progu

i mniej stabilny rozrost progu

background image

Zak

Zak

ł

ł

ad Przyrz

ad Przyrz

ą

ą

d

d

ó

ó

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

skiej

skiej

Przyk

Przyk

ł

ł

ady proces

ady proces

ó

ó

w wytwarzania 

w wytwarzania 

ultracienkich

ultracienkich

warstw

warstw

¾

¾

MBE (

MBE (

Molecular

Molecular

Beam

Beam

Epitaxy

Epitaxy

),

),

¾

¾

MOMBE (

MOMBE (

Metalorganic

Metalorganic

MBE),

MBE),

¾

¾

CBE (

CBE (

Chemical

Chemical

Beam

Beam

Epitaxy

Epitaxy

),

),

¾

¾

MEE (

MEE (

Migration

Migration

Enhanced

Enhanced

Epitaxy

Epitaxy

),

),

¾

¾

PLE (

PLE (

Phase

Phase

-

-

Locked

Locked

Epitaxy

Epitaxy

),

),

¾

¾

MOCVD (

MOCVD (

Metalorganic

Metalorganic

CVD), OMCVD (

CVD), OMCVD (

Organometallic

Organometallic

CVD),

CVD),

¾

¾

ALE (

ALE (

Atomic

Atomic

Layer

Layer

Epitaxy

Epitaxy

),

),

¾

¾

……………

……………

background image

Zak

Zak

ł

ł

ad Przyrz

ad Przyrz

ą

ą

d

d

ó

ó

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

skiej

skiej

MBE

MBE

Proces krystalizacji warstw z wi

Proces krystalizacji warstw z wi

ą

ą

zek 

zek 

molekularnych (lub atomowych), padaj

molekularnych (lub atomowych), padaj

ą

ą

cych     

cych     

ultrawysokiej

ultrawysokiej

pr

pr

ó

ó

ż

ż

ni (

ni (

p

p

10

10

-

-

7

7

Pa) 

Pa) 

na 

na 

podgrzewane pod

podgrzewane pod

ł

ł

o

o

ż

ż

e.

e.

background image

Zak

Zak

ł

ł

ad Przyrz

ad Przyrz

ą

ą

d

d

ó

ó

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

skiej

skiej

MBE 

MBE 

czysto

czysto

ść

ść

!

!

Czas pokrycia powierzchni przez 

Czas pokrycia powierzchni przez 

monowarstw

monowarstw

ę

ę

O

O

2

2

:

:

p

p

= 10

= 10

2

2

Pa 

Pa 

Ö

Ö

t

t

μ

μ

s

s

,

,

p

p

= 10

= 10

-

-

8

8

Pa 

Pa 

Ö

Ö

t

t

2 s

2 s

,

,

p

p

= 10

= 10

-

-

12

12

Pa 

Pa 

Ö

Ö

t

t

6 h

6 h

,

,

-2 -1

cm s

2

=

dn

p

dt

mkT

π

gdzie:

gdzie:

p

p

ci

ci

ś

ś

nienie,

nienie,

m

m

masa atomowa gazu

masa atomowa gazu

Liczba atom

Liczba atom

ó

ó

n

n

przybywaj

przybywaj

ą

ą

cych na jednostk

cych na jednostk

ę

ę

powierzchni w ci

powierzchni w ci

ą

ą

gu sekundy:

gu sekundy:

background image

Zak

Zak

ł

ł

ad Przyrz

ad Przyrz

ą

ą

d

d

ó

ó

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

skiej

skiej

MBE

MBE

-

-

procesy kinetyczne na 

procesy kinetyczne na 

pod

pod

ł

ł

o

o

ż

ż

u podczas wzrostu warstwy 

u podczas wzrostu warstwy 

M.A. Herman, w: „VLSI kierunki,…”, A. Jakubowski (ed.), PWN, Warszawa, 1988

background image

Zak

Zak

ł

ł

ad Przyrz

ad Przyrz

ą

ą

d

d

ó

ó

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

skiej

skiej

MBE

MBE

-

-

procesy kinetyczne na pod

procesy kinetyczne na pod

ł

ł

o

o

ż

ż

podczas wzrostu warstwy

podczas wzrostu warstwy

M.A. Herman, w: „VLSI kierunki,…”, A. Jakubowski (ed.), PWN, Warszawa, 1988

Ga

Ga

background image

Zak

Zak

ł

ł

ad Przyrz

ad Przyrz

ą

ą

d

d

ó

ó

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

skiej

skiej

MBE 

MBE 

komora wzrostu warstwy

komora wzrostu warstwy

J.R. Arthur, Surf.Sci500 (2002) 189

background image

Zak

Zak

ł

ł

ad Przyrz

ad Przyrz

ą

ą

d

d

ó

ó

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

skiej

skiej

MBE

MBE

J.R. Arthur, Surf.Sci500 (2002) 189

często 

dodatkowa 

możliwość

grzania podłoży 

w celu 

odgazowania 

spotykana dodatkowa komora umożliwiająca 

wytwarzanie warstw z innych pierwiastków (np. AIIIBV 

vs. AIIBVI)

background image

Zak

Zak

ł

ł

ad Przyrz

ad Przyrz

ą

ą

d

d

ó

ó

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

skiej

skiej

MBE 

MBE 

kom

kom

ó

ó

rki efuzyjne

rki efuzyjne

J.R. Arthur, Surf.Sci500 (2002) 189

background image

Zak

Zak

ł

ł

ad Przyrz

ad Przyrz

ą

ą

d

d

ó

ó

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

skiej

skiej

MBE 

MBE 

wybrane zagadnienia 

wybrane zagadnienia 

konstrukcyjno

konstrukcyjno

-

-

technologiczne

technologiczne

Kom

Kom

ó

ó

rki efuzyjne:

rki efuzyjne:

¾

¾

odpowiedni dob

odpowiedni dob

ó

ó

r materia

r materia

ł

ł

ó

ó

w

w

¾

¾

kontrola temperatury

kontrola temperatury

-

-

Δ

Δ

T

T

= 1

= 1

o

o

Ö

Ö

Δ

Δ

I

I

wi

wi

ą

ą

zki

zki

= 2% !

= 2% !

Ø

Ø

-

-

korpus

korpus

P

P

-

-

BN

BN

-

-

os

os

ł

ł

ony

ony

: folie Ta

: folie Ta

-

-

termopara

termopara

: stop W/Re

: stop W/Re

background image

Zak

Zak

ł

ł

ad Przyrz

ad Przyrz

ą

ą

d

d

ó

ó

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

skiej

skiej

MBE 

MBE 

wybrane zagadnienia 

wybrane zagadnienia 

konstrukcyjno

konstrukcyjno

-

-

technologiczne

technologiczne

Kom

Kom

ó

ó

rki efuzyjne:

rki efuzyjne:

¾

¾

geometria 

geometria 

-

-

sto

sto

ż

ż

kowa

kowa

-

-

bardziej stabilny rozk

bardziej stabilny rozk

ł

ł

ad k

ad k

ą

ą

towy wi

towy wi

ą

ą

zki w miar

zki w miar

ę

ę

zu

zu

ż

ż

ywania wsadu,

ywania wsadu,

-

-

redukuje 

redukuje 

samoogniskowanie

samoogniskowanie

si

si

ę

ę

wi

wi

ą

ą

zki

zki

-

-

odleg

odleg

ł

ł

o

o

ść

ść

ź

ź

r

r

ó

ó

d

d

ł

ł

o

o

-

-

pod

pod

ł

ł

o

o

ż

ż

r

r

oraz rozmiary k

oraz rozmiary k

ą

ą

towe i orientacja pod

towe i orientacja pod

ł

ł

o

o

ż

ż

a:

a:

I

I

wi

wi

ą

ą

zki

zki

~ 1/

~ 1/

r

r

Ê

Ê

Ö

Ö

I

I

wi

wi

ą

ą

zki

zki

Ì

Ì

I

I

wi

wi

ą

ą

zki

zki

~ cos

~ cos

3

3

θ

θ

Ê

Ê

Ö

Ö

I

I

wi

wi

ą

ą

zki

zki

ÌÌ

ÌÌ

Ø

Ø

ma

ma

ł

ł

e pod

e pod

ł

ł

o

o

ż

ż

a lub 

a lub 

background image

Zak

Zak

ł

ł

ad Przyrz

ad Przyrz

ą

ą

d

d

ó

ó

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

skiej

skiej

MBE 

MBE 

kom

kom

ó

ó

rki efuzyjne modu

rki efuzyjne modu

ł

ł

owe

owe

J.R. Arthur, Surf.Sci500 (2002) 189

-

-

wytwarzanie wi

wytwarzanie wi

ą

ą

zek z      

zek z      

materia

materia

ł

ł

ó

ó

w o du

w o du

ż

ż

ej  

ej  

pr

pr

ęż

ęż

no

no

ś

ś

ci par (np. As),

ci par (np. As),

-

-

wytwarzanie wi

wytwarzanie wi

ą

ą

zek

zek

gdy potrzebny jest   

gdy potrzebny jest   

nadmiar koncentracji  

nadmiar koncentracji  

danego zwi

danego zwi

ą

ą

zku

zku

background image

Zak

Zak

ł

ł

ad Przyrz

ad Przyrz

ą

ą

d

d

ó

ó

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

skiej

skiej

MBE 

MBE 

kom

kom

ó

ó

rki efuzyjne modu

rki efuzyjne modu

ł

ł

owe

owe

Kom

Kom

ó

ó

rki 2

rki 2

-

-

modu

modu

ł

ł

owe

owe

:

:

¾

¾

modu

modu

ł

ł

z wsadem 

z wsadem 

na zewn

na zewn

ą

ą

trz uk

trz uk

ł

ł

adu pr

adu pr

ó

ó

ż

ż

niowego (bo 

niowego (bo 

konieczno

konieczno

ść

ść

cz

cz

ę

ę

stego uzupe

stego uzupe

ł

ł

niania zawarto

niania zawarto

ś

ś

ci),

ci),

¾

¾

modu

modu

ł

ł

z dysz

z dysz

ą

ą

w obszarze pr

w obszarze pr

ó

ó

ż

ż

ni

ni

(cz

(cz

ę

ę

sto zawiera grzejnik, tzw. 

sto zawiera grzejnik, tzw. 

kraker

kraker

(np. drut W) czyli 

(np. drut W) czyli 

uk

uk

ł

ł

ad do rozk

ad do rozk

ł

ł

adu temperaturowego cz

adu temperaturowego cz

ą

ą

stek bardziej 

stek bardziej 

z

z

ł

ł

o

o

ż

ż

onych na prostsze, np. 

onych na prostsze, np. 

tetramer

tetramer

ó

ó

w

w

(As

(As

4

4

) na dimery 

) na dimery 

(As

(As

2

2

))

))

background image

Zak

Zak

ł

ł

ad Przyrz

ad Przyrz

ą

ą

d

d

ó

ó

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

skiej

skiej

MBE 

MBE 

-

-

przes

przes

ł

ł

ony

ony

¾

¾

odpowiedni dob

odpowiedni dob

ó

ó

r materia

r materia

ł

ł

u,

u,

¾

¾

odpowiednia odleg

odpowiednia odleg

ł

ł

o

o

ść

ść

od wylotu kom

od wylotu kom

ó

ó

rki 

rki 

efuzyjnej

efuzyjnej

¾

¾

u

u

ł

ł

o

o

ż

ż

enie pod odpowiednim k

enie pod odpowiednim k

ą

ą

tem

tem

background image

Zak

Zak

ł

ł

ad Przyrz

ad Przyrz

ą

ą

d

d

ó

ó

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

skiej

skiej

MBE 

MBE 

monta

monta

ż

ż

p

p

ł

ł

ytek pod

ytek pod

ł

ł

o

o

ż

ż

owych

owych

Cel: uzyskanie dobrego kontaktu termicznego pod

Cel: uzyskanie dobrego kontaktu termicznego pod

ł

ł

o

o

ż

ż

e

e

-

-

grzejnik

grzejnik

¾

¾

Kontakt In

Kontakt In

zalety: 

zalety: 

-

-

dobre sprz

dobre sprz

ęż

ęż

enie cieplne pod

enie cieplne pod

ł

ł

o

o

ż

ż

e

e

-

-

grzejnik,

grzejnik,

-

-

ciek

ciek

ł

ł

y

y

,

,

-

-

niska pr

niska pr

ęż

ęż

no

no

ść

ść

par dla 

par dla 

T

T

< 600

< 600

o

o

C

C

wady:

wady:

-

-

wzrost pr

wzrost pr

ęż

ęż

no

no

ś

ś

ci par dla 

ci par dla 

T

T

> 600

> 600

o

o

C

C

-

-

konieczno

konieczno

ść

ść

czyszczenia spodu pod

czyszczenia spodu pod

ł

ł

o

o

ż

ż

y z In po procesie 

y z In po procesie 

epitaksji

epitaksji

¾

¾

mocowania i grzejniki o specjalnej geometrii z przek

mocowania i grzejniki o specjalnej geometrii z przek

ł

ł

adkami BN

adkami BN

background image

Zak

Zak

ł

ł

ad Przyrz

ad Przyrz

ą

ą

d

d

ó

ó

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

skiej

skiej

MBE 

MBE 

pomiar temperatury pod

pomiar temperatury pod

ł

ł

o

o

ż

ż

y

y

¾

¾

termopary

termopary

¾

¾

pirometry optyczne IR

pirometry optyczne IR

background image

Zak

Zak

ł

ł

ad Przyrz

ad Przyrz

ą

ą

d

d

ó

ó

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

skiej

skiej

MBE 

MBE 

r

r

ó

ó

wnomierny rozk

wnomierny rozk

ł

ł

ad wi

ad wi

ą

ą

zki

zki

¾

¾

Rotacja panelu z pod

Rotacja panelu z pod

ł

ł

o

o

ż

ż

ami

ami

J.R. Arthur, Surf.Sci500 (2002) 189

background image

Zak

Zak

ł

ł

ad Przyrz

ad Przyrz

ą

ą

d

d

ó

ó

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

skiej

skiej

MBE 

MBE 

kontrola procesu epitaksji

kontrola procesu epitaksji

Przede wszystkim 

Przede wszystkim 

RHEED

RHEED

(

(

Reflection

Reflection

High

High

-

-

Energy

Energy

Electron

Electron

Diffraction

Diffraction

)

)

pomiar

pomiar

in

in

situ

situ

!!!

!!!

-

-

monitorowanie tempa wzrostu warstwy,

monitorowanie tempa wzrostu warstwy,

-

-

badanie morfologii powierzchni,

badanie morfologii powierzchni,

-

-

badanie struktury powierzchni (co w nie

badanie struktury powierzchni (co w nie

-

-

kt

kt

ó

ó

rych sytuacjach przek

rych sytuacjach przek

ł

ł

ada si

ada si

ę

ę

na informacj

na informacj

ę

ę

o jej sk

o jej sk

ł

ł

adzie chemicznym)

adzie chemicznym)

-

-

ze wzgl

ze wzgl

ę

ę

du na du

du na du

ż

ż

y k

y k

ą

ą

t padania wi

t padania wi

ą

ą

zki 

zki 

e

e

nie 

nie 

zak

zak

ł

ł

ó

ó

ca toru wi

ca toru wi

ą

ą

zek molekularnych

zek molekularnych

A.

Y. Cho, 

J.Vac.Sci.Technol

.8

(1971)S31 (za: CT. Foxon, 

J.Cry
st.Growth

251
(2003)1

)

ale: niewskazane d

ale: niewskazane d

ł

ł

u

u

ż

ż

sze na

sze na

ś

ś

wietlanie rosn

wietlanie rosn

ą

ą

cej warstwy 

cej warstwy 

(wysokoenergetyczne elektrony !!!) 

(wysokoenergetyczne elektrony !!!) 

Ö

Ö

stosowanie pod

stosowanie pod

ł

ł

o

o

ż

ż

y kontrolnych

y kontrolnych

background image

Zak

Zak

ł

ł

ad Przyrz

ad Przyrz

ą

ą

d

d

ó

ó

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

skiej

skiej

MBE 

MBE 

kontrola procesu epitaksji

kontrola procesu epitaksji

Ponadto: LEED, AES, XPS, 

Ponadto: LEED, AES, XPS, 

dyfrakcja rentgenowska

dyfrakcja rentgenowska

Cz

Cz

ę

ę

sto wymaga to jednak 

sto wymaga to jednak 

odr

odr

ę

ę

bnej 

bnej 

analitycznej

analitycznej

komory 

komory 

pr

pr

ó

ó

ż

ż

niowej

niowej

J.R. Arthur, Surf.Sci500 (2002) 189

Korelacja pomiędzy stopniem pokrycia 
powierzchni a intensywnością obrazu 
RHEED

background image

Zak

Zak

ł

ł

ad Przyrz

ad Przyrz

ą

ą

d

d

ó

ó

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

skiej

skiej

MBE 

MBE 

wybrane modyfikacje

wybrane modyfikacje

1. Phase-locked epitaxy (PLE):

J.R. Arthur, Surf.Sci500 (2002) 189

background image

Zak

Zak

ł

ł

ad Przyrz

ad Przyrz

ą

ą

d

d

ó

ó

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

skiej

skiej

MBE 

MBE 

wybrane modyfikacje

wybrane modyfikacje

2. 

2. 

Surfactant

Surfactant

Assisted

Assisted

Growth

Growth

(wzrost wspomagany zwi

(wzrost wspomagany zwi

ą

ą

zkami powierzchniowo czynnymi)

zkami powierzchniowo czynnymi)

Cel: minimalizacja 

Cel: minimalizacja 

T

T

pod

pod

ł

ł

o

o

ż

ż

a

a

background image

Zak

Zak

ł

ł

ad Przyrz

ad Przyrz

ą

ą

d

d

ó

ó

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

skiej

skiej

MO CVD

MO CVD

¾

¾

Wariant krystalizacji warstw z fazy gazowej 

Wariant krystalizacji warstw z fazy gazowej 

wykorzystuj

wykorzystuj

ą

ą

cy jako prekursory zwi

cy jako prekursory zwi

ą

ą

zki 

zki 

metalo

metalo

-

-

organiczne

organiczne

.

.

¾

¾

Synteza materia

Synteza materia

ł

ł

u (w postaci mono

u (w postaci mono

-

-

poli

poli

-

-

krystalicznej

krystalicznej

b

b

ą

ą

d

d

ź

ź

amorficznej) nast

amorficznej) nast

ę

ę

puje w wyniku 

puje w wyniku 

reakcji chemicznych pomi

reakcji chemicznych pomi

ę

ę

dzy lotnymi reagentami 

dzy lotnymi reagentami 

metaloorganicznymi zawieraj

metaloorganicznymi zawieraj

ą

ą

cymi sk

cymi sk

ł

ł

adniki 

adniki 

krystalizowanej warstwy.

krystalizowanej warstwy.

background image

Zak

Zak

ł

ł

ad Przyrz

ad Przyrz

ą

ą

d

d

ó

ó

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

skiej

skiej

MO CVD i OM CVD

MO CVD i OM CVD

Zwi

Zwi

ą

ą

zki metaloorganiczne

zki metaloorganiczne

: zasadniczo 

: zasadniczo 

zwi

zwi

ą

ą

zki zawieraj

zki zawieraj

ą

ą

ce 

ce 

atomy metalu przy

atomy metalu przy

łą

łą

czone do organicznych rodnik

czone do organicznych rodnik

ó

ó

w

w

, ale 

, ale 

zwyczajowo tak

zwyczajowo tak

ż

ż

e: wodorki, alkoholany, amidy, 

e: wodorki, alkoholany, amidy, 

tiole

tiole

fosforki

fosforki

Ø

Ø

MO CVD

MO CVD

Zwi

Zwi

ą

ą

zki 

zki 

organometaliczne

organometaliczne

: zwi

: zwi

ą

ą

zki, w kt

zki, w kt

ó

ó

rych atomy metalu s

rych atomy metalu s

ą

ą

bezpo

bezpo

ś

ś

rednio zwi

rednio zwi

ą

ą

zane z atomami w

zane z atomami w

ę

ę

gla

gla

Ø

Ø

OM CVD

OM CVD

background image

Zak

Zak

ł

ł

ad Przyrz

ad Przyrz

ą

ą

d

d

ó

ó

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

skiej

skiej

MO CVD 

MO CVD 

cechy 

cechy 

charakterystyczne procesu

charakterystyczne procesu

MFC

MFC

K. Kosiel, „Technologia niskociśnieniowej epitaksji…”, Rozprawa Doktorska, PW  2002

Mieszalnik

(opcjonalnie)

background image

Zak

Zak

ł

ł

ad Przyrz

ad Przyrz

ą

ą

d

d

ó

ó

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

skiej

skiej

- diody tunelowe,
- diody Gunna,
- diody PIN,
- diody rezonansowo-tunelowe,
- diody Schottky’ego,
- tranzystory polowe (np.HEMT),
- tranzystory bipolarne (np.HBT),
- układy scalone,
- diody elektroluminescencyjne,
- lasery (

λ

do 1,03 

μm),

- fotokatody,
- baterie  słoneczne (o dużych    
powierzchniach jednorodnego 
materiału),
- detektory podczerwieni,
- …

K.L. Choy, 

Prog

.Mater.Sci

48
(2003) 57

background image

Zak

Zak

ł

ł

ad Przyrz

ad Przyrz

ą

ą

d

d

ó

ó

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

skiej

skiej

Dlaczego MO CVD

Dlaczego MO CVD

(procesy pod obni

(procesy pod obni

ż

ż

onym ci

onym ci

ś

ś

nieniem)

nieniem)

¾

¾

redukcja prawdopodobie

redukcja prawdopodobie

ń

ń

stwa zderze

stwa zderze

ń

ń

skutecznych 

skutecznych 

mi

mi

ę

ę

dzy moleku

dzy moleku

ł

ł

ami reagent

ami reagent

ó

ó

w w trakcie ich transportu 

w w trakcie ich transportu 

do komory reakcyjnej,

do komory reakcyjnej,

¾

¾

ograniczenie zjawiska konwekcji

ograniczenie zjawiska konwekcji

background image

Zak

Zak

ł

ł

ad Przyrz

ad Przyrz

ą

ą

d

d

ó

ó

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

skiej

skiej

MO CVD 

MO CVD 

charakterystyka procesu

charakterystyka procesu

Procesy w warstwie granicznej i na 

Procesy w warstwie granicznej i na 

powierzchni:

powierzchni:

pyroliza

pyroliza

prekursor

prekursor

ó

ó

Ø

Ø

adsorpcja reagent

adsorpcja reagent

ó

ó

w na powierzchni 

w na powierzchni 

pod

pod

ł

ł

o

o

ż

ż

a

a

Ø

Ø

reakcje chemiczne prowadz

reakcje chemiczne prowadz

ą

ą

ce do 

ce do 

krystalizacji warstwy

krystalizacji warstwy

Ø

Ø

wzrost warstwy

wzrost warstwy

Ø

Ø

desorpcja  zb

desorpcja  zb

ę

ę

dnych produkt

dnych produkt

ó

ó

w reakcji

w reakcji

M.A. Tischler, 

IBM J.Res.Dev

34
(1990)

 828

Przy niższych ciśnieniach
epitaksja kontrolowana przez
kinetykę procesów powierzchniowych!

background image

Zak

Zak

ł

ł

ad Przyrz

ad Przyrz

ą

ą

d

d

ó

ó

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

skiej

skiej

MO CVD 

MO CVD 

charakterystyka procesu

charakterystyka procesu

M.A. Herman, w: „VLSI kierunki,…”, A. Jakubowski (ed.), PWN, Warszawa, 1988

Reaktor o geometrii

rurowej

grzanie: rezystancyjne,

prąd w.cz.,
lampy IR

background image

Zak

Zak

ł

ł

ad Przyrz

ad Przyrz

ą

ą

d

d

ó

ó

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

skiej

skiej

MO CVD 

MO CVD 

charakterystyka procesu

charakterystyka procesu

d

D

x

v

μ

δ

μ

⎛ ⎞ ⎛

=

⎜ ⎟

⎝ ⎠

1

1

3

2

3

0

= −

pow

d

C

dC

F

D

D

dz

δ

.

d

const

v

podł

δ

=

δ

(x)

gdzie:

δ

d

– grubość warstwy granicznej

– współczynnik dyfuzji

μ

– lepkość gazu

v

– prędkość gazu w reaktorze

gdzie: – strumień docierający do powierzchni

C

0

– koncentracja początkowa pierwiastka ograniczającego  

tempo wzrostu warstwy

Ø

( )

d

d

d

f x v

tj

x

x

δ

δ

δ

=

,

.

;

Ø

M.A. Tischler, IBM J.Res.Dev34 (1990) 828

M.A. Herman, w: 

„VL
S

I kierunki,…”

, A. Jakubowski (ed.),

 PW

N, Warszawa, 1988

background image

Zak

Zak

ł

ł

ad Przyrz

ad Przyrz

ą

ą

d

d

ó

ó

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

skiej

skiej

Modyfikacje procesu MO CVD

Modyfikacje procesu MO CVD

G

G

ł

ł

ó

ó

wny problem:

wny problem:

niska stabilno

niska stabilno

ść

ść

termiczna i czasowa zwi

termiczna i czasowa zwi

ą

ą

zk

zk

ó

ó

metaloorganicznych

metaloorganicznych

(

(

polimeryzacja, hydroliza itp.

polimeryzacja, hydroliza itp.

)

)

background image

Zak

Zak

ł

ł

ad Przyrz

ad Przyrz

ą

ą

d

d

ó

ó

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

w Mikroelektroniki i Nanoelektroniki,

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszaw

skiej

skiej

Modyfikacje procesu MO CVD

Modyfikacje procesu MO CVD

1. MO CVD ze 

1. MO CVD ze 

ź

ź

r

r

ó

ó

de

de

ł

ł

jednosk

jednosk

ł

ł

adnikowych:

adnikowych:

proszki, pr

proszki, pr

ę

ę

ty, roztwory (w rozpuszczalnikach 

ty, roztwory (w rozpuszczalnikach 

organicznych, 

organicznych, 

np

np

. w heksanie)

. w heksanie)

Ø

Ø

odparowywanie 

odparowywanie 

b

b

ł

ł

yskowe

yskowe

niewielkich ilo

niewielkich ilo

ś

ś

ci prekursora w 

ci prekursora w 

rozgrzanych do wysokich temperatur parownikach

rozgrzanych do wysokich temperatur parownikach

2. 

2. 

Pulsed

Pulsed

Injection

Injection

MOCVD:

MOCVD:

impulsowe dozowanie niewielkich (~ mg) dawek 

impulsowe dozowanie niewielkich (~ mg) dawek 

roztwor

roztwor

ó

ó

w

w

prekursor

prekursor

ó

ó

w do parownika

w do parownika


Document Outline