Устройство для жидкостной эпитаксии многослойных структур

 

Изобретение относится к устройствам для жидкофазной эпитаксии многослойных структур, используемых для производства полупроводниковых приборов. С целью упрощения и расширения пределов управления толщиной выращиваемых эпитаксиальных слоев в кассете, состоящей из основания с подложкодержателем, корпуса с контейнером для растворов-расплавов, контейнеры для растворов-расплавов выполнены в виде цилиндров с кронштейнами, имеющих эксцентрично расположенные щели в донной части, расположенные под углом 45° по отношению к осям кронштейнов, и помещенных в рамку, соединенную со штоком, имеющую вырезы для поворота контейнеров для растворов-расплавов на угол 90°, а стенки основания, между которыми помещена рамка, имеют выступы, взаимодействующие с кронштейнами контейнеров для растворов-расплавов. 2 ил.

Изобретение относится к устройствам для жидкостной эпитаксии многослойных структур, используемых для производства полупроводниковых приборов.

Известно устройство для жидкостной эпитаксии, состоящее из основания с закрепленными на нем подложками и цилиндрического барабана с ячейками для растворов-расплавов, закрепленного на оси и имеющего возможность вращательного движения [1] При выращивании эпитаксиальных слоев с помощью данного устройства линейная скорость перемещения раствора-расплава над подложкой будет зависеть от радиуса вращения, что ведет к различной толщине выравниваемых слоев на разных участках подложки.

Известно устройство для изготовления многослойных структур методом жидкостной эпитаксии, состоящее из выполненного с возможностью перемещения основания с подложкодержателем и корпус с контейнерами для растворов-расплавов [2] В этом устройстве скользящий элемент совершает возвратно-поступательное движение, поэтому линейная скорость раствора-расплава над подложкой будет одинаковой по всей ширине подложки. Однако это устройство не позволяет получать наиболее тонкие эпитаксиальные слои, так как при выращивании слоев раствор-расплав при возвратно-поступательном движении дважды взаимодействует с подложкой при выращивании каждого слоя. Существенно усложняется управление толщиной эпитаксиальных слоев в связи с тем, что сложно изменять скорость перемещения подложки под каждым контейнером для раствора-расплава.

Целью изобретения является упрощение и расширение пределов управления толщиной эпитаксиальных слоев.

Это достигается тем, что в известном устройстве, состоящем из основания для размещения подложки, установленного на нем с возможностью перемещения корпуса с контейнерами для растворов-расплавов, имеющими отверстия в донной части, контейнеры выполнены в виде полых цилиндров, отверстия в которых имеют форму щели и смещены относительно центра, а на боковой поверхности цилиндров выполнены выступы, оси которых расположены под углом 45^о к поперечным осям щелей, и выступы контактируют с упорами, выполненными в основании один напротив другого, с поворотом контейнера на 90^о.

Отличие от прототипа состоит в том, что контейнеры для растворов-расплавов выполнены в виде полых цилиндров, отверстия в которых имеют форму щели и смещены относительно центра, а на боковой поверхности цилиндров выполнены выступы, оси которых расположены под углом 45^о к поперечным осям щелей, и выступы контактируют с упорами, выполненными в основании один напротив другого с поворотом контейнера на 90^о.

Благодаря тому, что щели в донных частях контейнеров для растворов-расплавов смещены относительно центра и при перемещении корпуса взаимно перпендикулярны, при движении корпуса в одном направлении происходит контакт подложки с одним раствором-расплавом, а при обратном перемещении контакт подложки с другим раствором-расплавом, так как в крайних положениях корпуса взаимодействие выступов на боковых поверхностях цилиндров с упорами в стенках основания обеспечивает поворот контейнеров для растворов-расплавов на углы 90^о в противоположных направлениях и тем самым взаимную смену расположения щелей по отношению к подложке. Следовательно, упрощается управление толщиной эпитаксиальных слоев, поскольку прямое и обратное перемещение корпуса может осуществляться с разными скоростями, а однократное взаимодействие каждого раствора-расплава с подложкой при возвратно-поступательном движении корпуса обеспечивает возможность получения предельно тонких слоев.

На фиг.1 изображено устройство для жидкостной эпитаксии, вид сверху; на фиг.2 устройство для жидкостной эпитаксии, вид сбоку.

Устройство для жидкостной эпитаксии многослойных структур состоит из основания 1, в стенках 2 и 3 которого выполнены упоры 4-7. На основании 1 между стенками 2 и 3 помещен подвижный корпус 8, связанный со штоком 9, в котором находятся цилиндрические контейнеры для растворов-расплавов 10 и 11 с выступами на боковой поверхности 12 и 13, имеющие в донной части щели 14 и 15, смещенные относительно центра, при этом углы между осями выступов 12 и 13 и поперечными осями щелей 14 и 15 соответственно составляют 45^о. На основании 1 между стенками 2 и 3 находится также подвижный контейнер для растворителя 16 с щелью 17 в донной части. В основании 1 имеется гнездо для подложкодержателя 18 с подложкой 19.

Устройство работает следующим образом.

В контейнер для раствора-расплава 10 помещают компонент А с растворителем, а в контейнер для раствора-расплава 11 компонент B с растворителем, в контейнер для растворителя 16 помещают растворитель. В подложкодержатель 18 вставляют подложку 19. Устанавливают корпус 8 с контейнерами для растворов-расплавов 10 и 11, а также контейнер для растворителя 16 в крайнее левое положение. Помещают устройство в кварцевый реактор (не показан), создают пересыщенные растворы компонентов А и B, нагревают растворы-расплавы до температуры насыщения, а затем охлаждают их до температуры выращивания. Выступы на боковых поверхностях контейнеров для растворов-расплавов 12 и 13 взаимодействуют с упорами 4 и 6 соответственно, при этом щель 14 в контейнере 10 устанавливается перпендикулярно направлению движения, а щель 15 в контейнере 11 параллельно.

Штоком 9 от движущего механизма (не показан) передается движение корпусу 8, который толкает перед собой контейнер для растворителя 16. При его прохождении над подложкой 19 происходит растворение ее верхнего слоя и очистка ее поверхности. Затем выращивается эпитаксиальный слой компонента А, толщина которого определяется скоростью движения корпуса 8 над подложкой 19 в соответствии с формулой d где V скорость движения корпуса 8 над подложкой 19, см/с; V_oc усредненная скорость роста эпитаксиального слоя, мкм/с; l ширина щели, см; d толщина эпитаксиального слоя, мм. Наращивания слоя компонента B не происходит, так как щель 15 установлена параллельно направлению движения в стороне от подложки 19 вследствие того, что щель 15 является смещенной относительно центра контейнера для раствора-расплава 11 и раствор-расплав компонента B не входит в контакт с подложкой 19. Движение корпуса 8 происходит до тех пор, пока контейнеры для растворов-расплавов не повернутся на углы 90^о (угол поворота ограничивается вырезами в корпусе 8), упираясь выступами 12 и 13 в упоры 5 и 7 соответственно. Теперь щель 14 располагается параллельно направлению движения корпуса 8, а щель 15 перпендикулярно. При обратном движении корпуса 8 происходит наращивание эпитаксиального слоя компонента B, контейнер для растворителя 16 до конца процесса остается в крайнем правом положении. При перемещении корпуса 8 в крайнее левое положение выступы 12 и 13 взаимодействуют с упорами 4 и 6 соответственно и происходит поворот контейнеров 10 и 11 на углы 90^о в противоположных направлениях. Теперь, двигая корпус 8 в прямом направлении, можно нарастить слой компонента А. Корпус 8 с контейнерами для растворов-расплавов 10 и 11 перемещают в прямом и обратном направлениях, задавая скорость при выращивании каждого слоя, определяющую требуемую толщину эпитаксиального слоя, и наращивают таким образом требуемое число чередующихся слоев компонентов А и B.

Однократное взаимодействие каждого раствора-расплава с подложкой при возвратно-поступательном движении корпуса с контейнерами для растворов-расплавов позволяет получать в 2 раза более тонкие эпитаксиальные слои, а так как прямое и обратное перемещения корпуса можно осуществлять с разными скоростями, упрощается управление толщиной каждого эпитаксиального слоя в отличие от прототипа, что существенно при выращивании многослойных структур типа "сверхрешетка".

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЖИДКОСТНОЙ ЭПИТАКСИИ МНОГОСЛОЙНЫХ СТРУКТУР, содержащее основание для размещения подложек, установленный на нем с возможностью перемещения корпус с контейнерами для растворов расплавов, имеющими отверстия в донной части, отличающееся тем, что, с целью упрощения и расширения пределов управления толщиной эпитаксиальных слоев, контейнеры выполнены в виде полых цилиндров, отверстия в которых имеют форму щели и смещены относительно центра, а на боковой поверхности цилиндров выполнены выступы, оси которых расположены под углом 45^o к поперечным осям целей, и выступы контактируют с упорами, выполненными в основании один напротив другого, с поворотом контейнера на 90^o.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2