Основные операции. Осаждение тонких плёнок

Таким образом, кремний хорошо подходит для создания интегральных схем, но не пригоден для разработки приборов с расширенными функциональными возможностями: инфракрасных и ультрафиолетовых фотоприёмников и излучателей, СВЧ-генераторов на эффекте Ганна, селективных приёмников на сверхрешётках, СВЧ-диодов и транзисторов. В то же время соединения типа A₃B₅ и любые другие перспективные соединения хороши для создания функциональных приборов, но практически непригодны или очень дороги для интегральной схемотехники. Совместить противоречивые требования можно путём создания технологий, включающих в себя стандартный технологический цикл изготовления кремниевых ИС и создание плёночных функциональных элементов, входящих в состав схемы на поверхности кремния. Для решения поставленной задачи необходимо реализовать процесс гетероэпитаксиального роста плёнок в условиях, когда монокристаллическая или текстурированная плёнка и подложка являются разными материалами, но имеют один и тот же тип кристаллической решётки. При этом необходимо соблюдение стехиометрии плёнки, наличие в плёнке заданного уровня контролируемой примеси. Кроме этого, плёнки должны быть сплошными, без разрывов и трещин, обладать хорошей адгезией к подложке. Удовлетворение перечисленных требований невозможно при использовании наиболее распространённых технологий жидкостной и газофазной эпитаксии. В первую очередь это связано с тем, что при использовании этих методов для соединений A₃B₅ рабочие температуры роста плёнок лежат в области 800–1000°, и поэтому при остывании до комнатной температуры плёнки растрескиваются и отслаиваются от подложки.

В гетероэпитаксиальных плёнках причиной возникновения дефектов, главным образом дислокаций, является несоответствие периодов решётки плёнки и подложки. Естественно, что большое количество микродефектов плёнки делает их непригодными для создания высококачественных устройств микроэлектроники. Необходимо отметить, что гетеропары с рассогласованием решёток более 0,5 % в распространённых технологиях жидкофазной и газофазной эпитаксии считаются уже неперспективными, поскольку из-за малой скорости кристаллизации не удаётся подавить переползание дислокаций и распространение их по плёнке. Одной из трудных проблем в гетероэпитаксии является получение монокристаллических плёнок при большом рассогласовании peшёток гетеропар. Основными факторами, влияющими на получение монокристаллических плёнок, являются влияние поверхности подложки и кинетика кристаллизации. Таким образом, проблема эпитаксии различных соединений на кремнии для большинства существующих технологий является неразрешимой в наиболее важном для интегральной микроэлектроники случае, когда подложка представляет собой готовую кремниевую ИС, которую необходимо дополнить тонкоплёночными элементами из A₃B₅ или других полупроводниковых соединений. В последние годы было показано, что метод лазерной вакуумной эпитаксии — лазерного напыления весьма перспективен для создания уникальных ИС, сочетающих широкие функциональные возможности соединений A₃B₅ и кремния в качестве подложки и основы для изготовления ИС.