Cтраница 3
В результате возникает градиент концентрации примесей, к-рый обусловливает их диффузию в сторону стока. Чаще всего сток создают на обратной стороне подложки, напр, диффузией Р с высокой концентрацией, мех. Геттерирование обычно проводят в конце технол. [31]
Большинство фирм гарантирует 20-летний срок службы вакуумной дугогасительной камеры. Однако это следует считать крайне заниженным сроком. Дело в том, что при коммутации тока в дугогасительных камерах происходит частичное испарение металла электродов и образовавшиеся пары конденсируются затем в виде налета на экранах и контактах. В результате там проявляется эффект геттерирования, приводящий обычно к еще большему понижению давления в камере, отчего срок службы вакуумных дуго-гасителей может оказаться более продолжительным, чем прогнозированный. [32]
В геттеро-ионных насосах имеет место одновременно и ионная и химическая откачка газа свежеосажденной пленкой металла. Наибольшая эффективность откачки получается, если используемая в качестве ионной мишени пленка является также и хорошим химическим геттером. Хотя ионизация предназначена прежде всего для откачки инертных газов, она улучшает также процессы геттерирования и для химических активных компонентов. Согласно наблюдениям Тейлои [131] молекулы N, и СО после столкновения с быстрыми электронами диссоциируют н затем хемисорби-руются нормально неактивными стенками вакуумной системы. Интерес к геттероионным устройствам, как к сверхвысоко-вакуумным насосам, был стимулирован главным образом работами Алг-перта в 1953 г., когда он с помощью манометра Баярда - Альперта [ 32f в небольшой откачиваемой диффузионным насосом стеклянной системе получил вакуум до 10 - 10мм рт. ст. Последующее развитие идеи привело к появлению высокоэффективных насосов, комбинирующих химическое геттерирование с электронной активацией. [33]
Отдельные дислокации могут отрицательно сказываться на работе полупроводниковых приборов, если вдоль них происходит диффузия атомов тяжелых металлов. Для таких металлов, диффундирующих преимущественно по междоузлиям, коэффициент диффузии вдоль дислокации может в сотни тысяч раз превосходить коэффициент диффузии в остальной части кристалла. В этом случае отток примесей в стороны от дислокации яе может скомпенсировать их движение по дислокациям и при достаточном количестве атомов быстродиффундирующих металлов ( Си, Аи, Fe, Ni) они заполнят узкую область вдоль всей дислокации. Наличие атомов таких металлов в полупроводнике может приводить к уменьшению времени жизни неосновных носителей заряда, так как их атомы создают в решетке центры рекомбинации. Кроме того, их присутствием обусловлено появление мягких характеристик переходов, а в случае очень большого количества они, возможно, приводят даже к замыканию переходов. Сущность процесса геттерирования примесей заключается в том, что на поверхности полупроводника создается жидкая фаза, хорошо растворяющая эти примеси и яе содержащая их к моменту начала геттерирования. Тогда при нагреве до достаточно высокой температуры будет происходить диффузия примесей из полупроводника в жидкий генерирующий слой. При этом, если этот слой достаточно хорошо растворяет примеси тяжелых металлов, они могут быть сравнительно быстро полностью извлечены из полупроводника. Геттерирующий слой должен быть жидким для того, чтобы в нем быстро выравнивалась концентрация извлекаемых из полупроводника примесей. В качестве геттеров используются или расплавленные металлы или соединения типа стекол, имеющие достаточно низкую точку плавления. [34]
Источником таких загрязнений являются необходимый для реализации метода Чохральского кварцевый тигель с расплавом кремния и графитовый нагреватель. На протяжении всего процесса выращивания кристаллов они, естественно, не вступают в контакт с воздухом. Весь процесс идет в среде защитного инертного газа. Благодаря отсутствию тигля зонная плавка позволяет существенно уменьшить содержание примесей кислорода и углерода. Кислород даже оказывает положительное действие: с его помощью удается нейтрализовать вредное влияние атомов тяжелых металлов. Этот эффект носит название ( внутреннее) геттерирование. [35]
Отдельные дислокации могут отрицательно сказываться на работе полупроводниковых приборов, если вдоль них происходит диффузия атомов тяжелых металлов. Для таких металлов, диффундирующих преимущественно по междоузлиям, коэффициент диффузии вдоль дислокации может в сотни тысяч раз превосходить коэффициент диффузии в остальной части кристалла. В этом случае отток примесей в стороны от дислокации яе может скомпенсировать их движение по дислокациям и при достаточном количестве атомов быстродиффундирующих металлов ( Си, Аи, Fe, Ni) они заполнят узкую область вдоль всей дислокации. Наличие атомов таких металлов в полупроводнике может приводить к уменьшению времени жизни неосновных носителей заряда, так как их атомы создают в решетке центры рекомбинации. Кроме того, их присутствием обусловлено появление мягких характеристик переходов, а в случае очень большого количества они, возможно, приводят даже к замыканию переходов. Сущность процесса геттерирования примесей заключается в том, что на поверхности полупроводника создается жидкая фаза, хорошо растворяющая эти примеси и яе содержащая их к моменту начала геттерирования. Тогда при нагреве до достаточно высокой температуры будет происходить диффузия примесей из полупроводника в жидкий генерирующий слой. При этом, если этот слой достаточно хорошо растворяет примеси тяжелых металлов, они могут быть сравнительно быстро полностью извлечены из полупроводника. Геттерирующий слой должен быть жидким для того, чтобы в нем быстро выравнивалась концентрация извлекаемых из полупроводника примесей. В качестве геттеров используются или расплавленные металлы или соединения типа стекол, имеющие достаточно низкую точку плавления. [36]
При распылении с геттерированием [23, 24], прежде чем начинается образование пленки за счет катодного распыления, из газа за счет реактивного распыления удаляются ( геттерируются) химически активные составляющие. Такой метод дает пленки очень высокой чистоты. В типичной установке для напыления с геттерированием в системе кроме обычной подложки, анода, имеется второй анод. Этот анод имеет форму экрана, окружающего катод и подложку. Сначала подложку закрывают заслонкой, чтобы предотвратить осаждение пленки, и все химически активные газы внутри экрана удаляют за счет поглощения в металле, распыленном из катода и осевшем на стенках сосуда. В результате этого давление химически активных газов в системе можно уменьшить до 10 - 1С мм рт. ст. Чтобы достичь такого давления в обычной системе, требуются сложные насосы и длительное обезгаживание. После геттерирования заслонку отводят и катод распыляют на подложку. Выделение газов из стенок сосуда сдерживается напыленными слоями металлических соединений. Экран делают плотно прилегающим к катоду и аноду, так что диффузия примесей из остальной части системы затруднена. Сначала систему откачивают до - 10 - 6 мм рт. ст. и при температуре приблизительно на 50 выше температуры осаждения производят обезгаживание подложки. Вообще говоря, необходимо независимое регулирование температуры подложки. В качестве газа обычно используют Аг, и реактивного распыления в течение 15 - 30 мин обычно достаточно, чтобы очистить атмосферу. Стойрер и Хозер [24] на стадии разложения использовали давление Аг в интервале ( 31 - 4 - 185) 10 - 3 мм рт. ст. До сих пор специального упора на выращивание монокристаллов не делалось, и это потребует, вероятно, более высоких температур подложки и применения монокристальных подложек. Распыление с геттерированием дает возможность изучать механизмы роста кристаллов в сверхчистых условиях, а также получать сверхчистые пленки. [37]
Механизм химической откачки заключается в том, что молекулы остаточных газов, падая на атомночистую поверхность металла, необратимо связываются ( поглощаются) ею. Требуемые для этого энергии взаимодействия по величине превышают тепловые. Такое взаимодействие эффективно только между активными электроположительными металлами и газами, которые или хемисорбируются или образуют химическое соединение. Поскольку инертным газам свойственна только физическая сорбция с энергиями менее 10 ккал моль 1, при температурах вблизи комнатной и выше они связываться не могут. Обширные сведения об этих взаимодействиях были накоплены в процессе производства электронных ламп, в котором быстрое испарение химическя активных металлов используется для получения высокого вакуума перед пайкой. Хемисорбция, являющаяся начальным этапом процесса геттерирования, может сопровождаться диффузией газа внутрь металла и образованием стехиометрических соединений. Широко известные геттерирующие материалы такие, например, как Ва, Ti, МО, Та способны образовывать окислы, карбиды, гидриды и нитриды. Эти требования не удается совместить с необходимыми для геттерной откачки быстротой действия и простотой обслуживания. Поэтому более предпочтительным является осаждение на внутренние стенки вакуумной камеры тонкой пленки этих металлов, благодаря чему достигается большая величина соотношения поверхности к объему. Температура рабочей поверхности поддерживается комнатной или понижается для увеличения вероятности связывания падающих на нее атомов газа. При этих условиях процессы диффузии газа внутрь пленки, растворимости газа в твердых телах и образования соединений становятся несущественными, и сорбционная емкость металлов для большинства газов ограничивается накоплением монослоя. При продолжительной адсорбции, приводящей к насыщению поверхности металла, генерирующее ее действие прекращается. Поэтому необходимо восстанавливать атомночистую поверхность металла путем непрерывного или периодического осаждения его со скоростью, зависящей от количества сорбируемого газа. [38]
Линии 320 также не обнаружено, хотя содержание кислорода в пробах было достаточно велико. Среднее значение лежит в пределах фактора 2 от паспортного значения. Содержание кремния в первом образце 1043 было достаточно низко ( 0 18 %) и не мешало определению азота. На рис. 18 приведены градуированные кривые типичного определения азота в пробах титана. Получены значения 0 047 и 0 026 % ( среднее из пяти определений) с разбросом в пределах 0 032 - 0 055 и 0 024 - 0 032 % соответственно. Средние значения по-прежнему находятся в пределах фактора 2 по отношению к паспортным данным, но на этот раз в сторону занижения, вероятно из-за эффекта геттерирования. [39]
Эта система помещена в магнитное поле. Катоды имеют постоянный отрицательный потенциал относительно анода в несколько киловольт. Электроны, эмиттированные с поверхности катода, ускоряются электрическим полем в направлении к аноду. Магнитное поле сообщает электрону радиальную компоненту скорости и заставляет электроны двигаться по спиральным траекториям. Из-за большой длины свободного пробега электронов эффективность ионизации высока и позволяет поддерживать газовый разряд вплоть до давлений ультра-высоковакуумного диапазона. Положительно заряженные ионы газа устремляются к катоду, где некоторая часть из них захватывается поверхностью. Поскольку ионы падают с энергиями до нескольких кэВ, они вызывают также и распыление материала катода. Распыляемый металл распространяется внутри ячейки и конденсируется на всех ее поверхностях, включая катоды. Таким образом откачка идет одновременно как за счет химического захвата молекул остаточных газов, так и за счет процессов, обусловленных наличием электрических полей. При этом хемисорбционный захват имеет место преимущественно на внутренних поверхностях цилиндрического анода, а электронная откачка в основном происходит на катодах Используя для исследования радиоактивный криптон, Лаферти и Вандерслайс [147] показали, что геттерирование ионов происходит главным образом на периферии катода, расположенной против анодных стенок, тогда как середина катода служит источником распыляемого металла. Такая неравномерность существенна для функционирования ионного распылительного насоса, поскольку при однородном распределении ионного тока процесс непрерывного замуровывания частиц инертного газа был бы невозможен. Производительность простой разрядной ячейки Пен нинга слишком мала для откачки реальных вакуумных систем. [40]
При распылении с геттерированием [23, 24], прежде чем начинается образование пленки за счет катодного распыления, из газа за счет реактивного распыления удаляются ( геттерируются) химически активные составляющие. Такой метод дает пленки очень высокой чистоты. В типичной установке для напыления с геттерированием в системе кроме обычной подложки, анода, имеется второй анод. Этот анод имеет форму экрана, окружающего катод и подложку. Сначала подложку закрывают заслонкой, чтобы предотвратить осаждение пленки, и все химически активные газы внутри экрана удаляют за счет поглощения в металле, распыленном из катода и осевшем на стенках сосуда. В результате этого давление химически активных газов в системе можно уменьшить до 10 - 1С мм рт. ст. Чтобы достичь такого давления в обычной системе, требуются сложные насосы и длительное обезгаживание. После геттерирования заслонку отводят и катод распыляют на подложку. Выделение газов из стенок сосуда сдерживается напыленными слоями металлических соединений. Экран делают плотно прилегающим к катоду и аноду, так что диффузия примесей из остальной части системы затруднена. Сначала систему откачивают до - 10 - 6 мм рт. ст. и при температуре приблизительно на 50 выше температуры осаждения производят обезгаживание подложки. Вообще говоря, необходимо независимое регулирование температуры подложки. В качестве газа обычно используют Аг, и реактивного распыления в течение 15 - 30 мин обычно достаточно, чтобы очистить атмосферу. Стойрер и Хозер [24] на стадии разложения использовали давление Аг в интервале ( 31 - 4 - 185) 10 - 3 мм рт. ст. До сих пор специального упора на выращивание монокристаллов не делалось, и это потребует, вероятно, более высоких температур подложки и применения монокристальных подложек. Распыление с геттерированием дает возможность изучать механизмы роста кристаллов в сверхчистых условиях, а также получать сверхчистые пленки. [41]