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 !

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

a

a

–

–

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

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

w

w

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

w

w

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).

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

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).

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)

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

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

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

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 !

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

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

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%

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

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

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

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

e

e

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)

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.Sci. 500 (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:

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

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

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

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

……………

……………

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

w

w

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.

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

≅

≅

2

2

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

w

w

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:

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

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

u

u

podczas wzrostu warstwy

podczas wzrostu warstwy

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

Ga

Ga

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.Sci. 500 (2002) 189

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.Sci. 500 (2002) 189

często

dodatkowa

możliwość

grzania podłoży

w celu

odgazowania

spotykana dodatkowa komora umożliwiająca

wytwarzanie warstw z innych pierwiastków (np. AIIIBV

vs. AIIBVI)

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.Sci. 500 (2002) 189

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

C

C

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

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

e

e

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

:

:

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

:

:

r

r

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

r

r

↑

↑

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.Sci. 500 (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

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

))

))

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

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

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

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.Sci. 500 (2002) 189

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

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.Sci. 500 (2002) 189

Korelacja pomiędzy stopniem pokrycia
powierzchni a intensywnością obrazu
RHEED

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.Sci. 500 (2002) 189

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

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.

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

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)

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

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

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

w

w

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!

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

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

D – współczynnik dyfuzji

μ

– lepkość gazu

v

– prędkość gazu w reaktorze

gdzie: F – 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.Dev. 34 (1990) 828

M.A. Herman, w:

„VL
S

I kierunki,…”

, A. Jakubowski (ed.),

PW

N, Warszawa, 1988

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

w

w

metaloorganicznych

metaloorganicznych

(

(

polimeryzacja, hydroliza itp.

polimeryzacja, hydroliza itp.

)

)

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