Способ получения эпитаксиального слоя бинарного полупроводникового материала на монокристаллической подложке посредством металлоорганического химического осаждения из газовой фазы



Способ получения эпитаксиального слоя бинарного полупроводникового материала на монокристаллической подложке посредством металлоорганического химического осаждения из газовой фазы
Способ получения эпитаксиального слоя бинарного полупроводникового материала на монокристаллической подложке посредством металлоорганического химического осаждения из газовой фазы
Способ получения эпитаксиального слоя бинарного полупроводникового материала на монокристаллической подложке посредством металлоорганического химического осаждения из газовой фазы
Способ получения эпитаксиального слоя бинарного полупроводникового материала на монокристаллической подложке посредством металлоорганического химического осаждения из газовой фазы

Владельцы патента RU 2548578:

Зверев Андрей Владимирович (RU)
Арендаренко Алексей Андреевич (RU)
Буробин Валерий Анатольевич (RU)

Изобретение относится к области микроэлектроники и может быть использовано в производстве эпитаксиальных структур полупроводниковых соединений А3В5 и соединений А2В6 методом химического газофазного осаждения из металлоорганических соединений и гидридов. В способе получения эпитаксиального слоя бинарного полупроводникового материала на монокристаллической подложке посредством металлоорганического химического осаждения из газовой фазы используют реактор с круглой, относительно центральной вертикальной оси реакционной камерой, горизонтально расположенный подложкодержатель, установленный в реакционной камере с возможностью вращения относительно упомянутой оси, круглый экран, установленный в упомянутой реакционной камере на расстоянии приблизительно 15÷40 миллиметров над упомянутым подложкодержателем и имеющий больший диаметр, нежели упомянутый подложкодержатель, в котором поддерживают предварительно заданную температуру равномерно вращающегося подложкодержателя, по меньшей мере, два реакционных газа раздельно подают в различные радиальные секторы реакционной камеры, при этом, реакционные газы и транспортный газ подают таким образом, чтобы обеспечить течение их в радиальном направлении внутри реакционной камеры с равной скоростью на одном диаметре во всех ее секторах. Технический результат - улучшение качества гетероэпитаксиальных структур. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к области микроэлектроники и может быть использовано в производстве эпитаксиальных структур полупроводниковых соединений А3В5 и соединений А2В6 методом химического газофазного осаждения из металлоорганических соединений и гидридов.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Метод получения эпитаксиальных структур А3В5, впоследствии получивший название MOCVD, впервые был предложен в 1968 г. Манасевитом (Manasevit H.M. Single-Crystal Gallium Arsenide on Insulating Substrates Appl. Phys. Lett. 12, 156 (1968)). Суть метода заключалась в том, что в реактор, имеющий нагретую поверхность, на которой размещалась монокристаллическая подложка, в токе водорода подавались - металлоорганическое соединение (МОС) элемента III группы, а именно триметилгаллия, и гидрид пятой группы (арсин), и на горячей подложке происходил рост эпитаксиального слоя арсенида галлия.

В дальнейшем было установлено, что реакции между МОС и гидридом происходят не только на горячей поверхности, но в газовой фазе (гомогенные реакции). Для уменьшения доли таких реакций были использованы устройства, когда МОС и гидрид доставляются в зону роста раздельно (см. например опубликованную заявку США №2009/0229754, в которой описывается устройство с системой ввода реакционных газов типа «душевая головка»). Однако в зоне роста эти компоненты смешиваются и, как следствие, полностью исключить реакции между ними в газовой фазе невозможно. Продукты гомогенных реакции, осаждаясь на растущую поверхность, ухудшают качество эпитаксиальных слоев. Особенно остро эта проблема встала с развитием технологии получения гетероэпитаксиальных структур (ГЭС) с кванторазмерными ямами (в частности ГЭС на основе GaAlN для светодиодов).

Известны решения (см., например, опубликованную заявку США №2010/0263588), когда в реактор МОС и гидриды подают поочередно, с целью исключения гомогенных реакций. Например, организовав движение парогазовой смеси (ПГС) так, чтобы в начале подавались компоненты III группы, затем реактор продувался, а затем подавались компоненты V группы, затем снова продувка, и так несколько раз пока не выращивали слой требуемой толщины. Однако, в этом случае, в связи с последовательной подачей компонентов в реактор, увеличивается длительность процесса, и появляется нестационарное течение ПГС, т.е. имеют место переходные процессы в газовой фазе, связанные с переключением потоков ПГС, что в свою очередь ведет к ухудшению качества ГЭС. Обычно такие способы используют при получении ГЭС в лабораторных (исследовательских) целях.

Использование разделительных стенок в реакторе с вращающимся подложкодержателем для его разделения на секторы с отдельной подачей реакционных компонентов в эти сектора (см., например, патент США 8043432) приводит к нежелательному осаждению на них продуктов реакции и создает риск осыпания этих продуктов в растущий эпитаксиальный слой.

Таким образом, до настоящего времени не известно решение, при котором удалось бы исключить гомогенные реакции и обеспечить промышленное (например более 40 подложек за процесс) производство ГЭС.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Терминам, выражениям и сокращениям, используемым в настоящем тексте, придают следующее значение:

MOCVD (Metalorganigs chemical vapor deposition) - метод химического газофазного осаждения из металлоорганических соединений.

ГЭС - гетероэпитаксиальные структуры.

МОС - металлоорганическое соединение.

ПГС - парогазовая смесь, реакционный газ, в частности пары металлоорганического соединения в транспортном газе и/или гидрид элемента V группы периодической системы элементов и транспортного газа.

Разделительный сектор - воображаемая часть (зона) реакционной камеры, в которой поток транспортного газа, движущийся вдоль радиуса реакционной камеры, разделяет потоки реакционных газов в смежных секторах реакционной камеры, в частности сектор с МОС и сектор с гидридами.

ТМА - триметилалюминий.

ТМГ - триметилгаллий.

ТМИ - триметилиндий.

Транспортный газ - газ-носитель, не содержащий соединений, осаждающихся на подложке. В качестве транспортного газа обычно используют водород, азот или их смесь.

Остальные термины и выражения используют в обычном смысле, известном специалистам в данной области техники.

Задача настоящего изобретения состоит в создании способа MOCVD, позволяющего осуществлять наращивание эпитаксиальных слоев полупроводниковых материалов, как обычным способом, так и способом атомно-слоевой эпитаксии с непрерывным течением реакционных газов (что позволяет увеличить производительность в сравнении со способами, в которых используют периодическую подачу реакционных газов).

Задача, описанная выше, решается благодаря тому, что в способе получения, эпитаксиального слоя бинарного полупроводникового материала на монокристаллической подложке посредством металлоорганического химического осаждения из газовой фазы (MOCVD), используют:

(i) реактор с круглой относительно центральной вертикальной оси реакционной камерой;

(ii) горизонтально расположенный подложкодержатель, установленный в упомянутой реакционной камере с возможностью вращения относительно упомянутой оси;

(iii) круглый экран, установленный в упомянутой реакционной камере на расстоянии 15÷40 миллиметров над упомянутым подложкодержателем, и имеющий больший диаметр, нежели упомянутый подложкодержатель;

при этом

(а) поддерживают предварительно заданную температуру упомянутого подложкодержателя;

(б) равномерно вращают упомянутый подложкодержатель относительно упомянутой оси;

(в) по меньшей мере, два реакционных газа раздельно подают в различные радиальные секторы упомянутой реакционной камеры, при этом, по меньшей мере, один из упомянутых газов содержит металлорганическое соединение (МОС), способное к разложению с образованием слоя атомов металла III или II группы, а, по меньшей мере, один другой из упомянутых газов содержит гидрид элемента V или VI группы, соответственно, способный реагировать с атомами металла III или II группы в упомянутом слое, соответственно;

(г) подачу упомянутых реакционных газов осуществляют в такой последовательности, чтобы упомянутый слой, получаемый из упомянутого реакционного газа, содержащего МОС элемента III или II группы, подвергать воздействию упомянутым реакционным газом, содержащим гидрид элемента V или VI группы, соответственно;

(д) в секторы между потоками упомянутых реакционных газов, подают транспортный газ, для предотвращения смешивания упомянутых реакционнных газов друг с другом;

(е) подачу в реакционную камеру реакционных газов и транспортного газа, упомянутых выше, осуществляют непрерывно в течение всего времени роста упомянутого слоя;

(ж) реакционные газы и транспортный газ, упомянутые выше, подают таким образом, чтобы обеспечить течение их в радиальном направлении внутри реакционной камеры с равной скоростью на одном диаметре во всех ее секторах;

(з) круговую скорость вращения подложкодержателя, концентрацию МОС в упомянутом реакционном газе, и его (газа) расход подбирают, таким образом, чтобы толщина упомянутого слоя, осаждаемого за один полный оборот подложкодержателя, составляла приблизительно 0,6÷1,0 моноатомного слоя;

(и) подачу реакционных газов и транспортного газа, упомянутых выше, осуществляют по существу горизонтально через группы отверстий диаметром менее 1 миллиметра, расположенных с поверхностной плотностью 5÷20 отверстий/см2, таким образом, чтобы перечисленные газы проходили над подложкодержателем в радиальном направлении, ламинарно, в режиме вытеснения, а толщина растущего слоя материала d, была бы по существу равна произведению k·a·n, где:

k - действительное положительное число, характеризующее долю от моноатомного слоя, осаждающегося за один полный оборот подложкодержателя;

a - действительное положительное число, характеризующее параметр решетки выращиваемого материала;

n - целое положительное число, характеризующее число полных оборотов указанного подложкодержателя.

Способ, описанный выше, обеспечивает улучшение качества ГЭС.

Улучшение достигается за счет:

(i) исключения взаимного проникновения реакционного газа, содержащего МОС III (или II) группы в сектор реакционного газа, содержащего соединение элемента V (или VI) группы и наоборот;

(ii) обеспечения ламинарного течения реакционных газов и транспортного газа;

(iii) исключения завихрений газовых потоков, что позволяет предотвратить захват частиц потоком и перемещением их в зону ростра ГЭС;

(iv) исключения условий возникновение ячеек рециркуляции;

(v) обеспечения стационарного монотонного изменения концентрации компонентов ПГС по зоне роста ГЭС;

(vi) использования разделительного потока транспортного газа вместо разделительных стенок между секторами, что исключает риск попадания осажденных продуктов реакции с разделительных стенок в растущий эпитаксиальный слой, а также торможение и турбулизацию газовых потоков вблизи разделительных стенок.

Как понятно специалисту в данной области техники, выращивание слоя требуемого состава обеспечивается благодаря тому, что подложки размещают на вращающемся подложкодержателе в реакторе симметричном относительно вертикальной оси, осуществляют их нагрев, непрерывно подают реакционный газ, содержащий МОС элемента III (или II) группы, непрерывно подают газовый поток, содержащий соединение V (или VI) группы, непрерывно подают транспортный газ, растят слой, и выводят газообразные продукты реакции, при этом подачу всех газов, в первую очередь, реакционных газов, МОС элемента III (или II) группы и V (или VI) группы осуществляют раздельно, чередуя их так, чтобы поток транспортного газа разделял газовые потоки с соединениями элементов III (или II) группы и V (или VI) группы, осаждение слоя проводят циклами, причем в каждом цикле выращивают слой толщиной равной или близкой к моноатомному.

Для выращивания слоя используют реактор, симметричный относительно вертикальной оси, имеющий, по меньшей мере, два сектора, в которые подача реакционных газов происходит непрерывно в течение всего периода роста эпитаксиального слоя (слоев), а формирование растущего слоя происходит путем последовательного формирования атомного слоя элементов III (или II) группы, а затем атомного слоя элементов V (или VI) группы, что обеспечивается перемещением подложки (подложек), расположенной на вращающемся подложкодержателе поочередно из зоны потока реакционного газа, содержащего МОС III (или II) группы в зону реакционного газа, содержащего соединение элемента V (или VI) группы через разделительные зоны с потоком транспортного газа.

В одном из вариантов осуществления способа в секторы упомянутого реактора подают реакционный газ, содержащий, по меньшей мере, два соединения металла III или II группы периодической системы элементов, а в другой сектор упомянутого реактора подают реакционный газ, содержащий, по меньшей мере, один гидрид элемента, относящегося к V или VI группе периодической системы элементов, соответственно,

В одном из особенно предпочтительных вариантов осуществления, для уменьшения отложений на поверхности экрана и исключения условий возникновения турбулентности потоков температуру упомянутого экрана поддерживают в диапазоне от 0,6 до 0,9 от температуры подложкодержателя что предотвращает возникновение рециркуляции в указанной реакционной камере.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления в вышеописанном способе используют упомянутый экран, выполненный в виде конуса с углом между указанной центральной осью и поверхностью диска в диапазоне от 90° до 60°C.

Реакционные газы и транспортный газ могут подавать в упомянутую реакционную камеру с периферии реактора и выводить через его центральную зону, либо реакционные газы и транспортный газ подают в упомянутую реакционную камеру из центральной зоны реактора, а выводят через его периферическую зону.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления способа одновременно с вращением подложкодержателя относительно упомянутой центральной вертикальной оси осуществляют вращение подложек, расположенных на нем. Это позволяет нивелировать действие эффекта падения концентрации компонента вдоль радиуса реакционной камеры.

Описанный способ может быть использован для получения эпитаксиальных структур соединений А3В5 или А2В6.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг.1 изображена схема одной из форм выполнения реактора для осуществления способа по изобретению.

На фиг.2 представлена схема реактора, изображенного на фиг.1, вид сверху.

На фиг.3 представлена схема реактора с изображением условных секторов подачи реакционных газов с соединением элемента III и V группы.

На фиг.4 представлен поперечный разрез (схематично) типичной эпитаксиальной структуры, полученной вышеописанным способом в реакторе, изображенном на фиг.1-3.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Как описано выше, предлагаемый способ реализуется в реакторе, включающем реакционную камеру, симметричную относительно вертикальной оси, в которой (ПГС) движется от центра к периферии (или, наоборот), с размещенным в ней вращающимся подложкодержателем и средством ввода и вывода газов, экраном, установленным над подложкодержателем соосно с ним. Для улучшения качества получаемых структур ввод газов разделен, как минимум, на два основных и два дополнительных (разделительных) ввода, обеспечивающих соответствующие движения ПГС по секторам. По одному основному сектору проходит ПГС с соединениями элемента(-ов) III группы (ТМГ, ТМА и т.д.), а по другому - ПГС с соединением элемента V группы (аммиак, арсин и т.д.), в разделительных секторах проходит транспортный газ.

Реализация вышеописанного способа далее поясняется на примере функционирования реактора, изображенного на фиг.1 и 2.

Реактор 1 представляет собой цилиндрическую симметричную относительно вертикальной оси 2 конструкцию. Его пропорции, в частности, диаметр, подбираются в зависимости от размера подложек и других факторов. Размер подложек, предназначенных для работы, может составлять 40÷200 мм.

Реактор 1 содержит основание 3, верхний колпак 4, экран 11, прикрепленный к колпаку 4 и выполненный симметричным относительно оси 2, кварцевый колпак 5, расположенный на фланце 6, и подложкодержатель 19. Основание 3, верхний колпак 4 и фланец 12 охлаждают водой, которая подается в полости 10. Реактор установлен на массивной плите 36 во избежание вибрации. Герметизацию реактора обеспечивают уплотнениями 7 и 8.

Верхний колпак 4 снабжен устройством для его подъема после каждого процесса для загрузки и выгрузки подложек. Герметизацию колпака 4 обеспечивают прижимами 9 и уплотнением 8.

Реактор 1 имеет зону 13, в которую подают ПГС, содержащую реагенты, и зоны 14, 15, 16, которые продувают азотом, водородом или их смесью через вводы 38, 39, 37, соответственно. Расстояние между поверхностью, образованной подложкодержателем 19 и поверхностью экрана 11 составляет 15÷40 мм (типично 22 мм). Выход всех газов и продуктов реакции, находящихся в газовой фазе, осуществляют через центральную зону 17, а далее - через устройство их вывода 18.

Реактор сконструирован так, что может обеспечивать в зоне 13 давление в диапазоне от 10-3 торр до 600 торр (1 атм.).

Внутри камеры реактора имеется подложкодержатель 19, снабженный сателлитами 20, с подложками 21, устанавливаемыми на сателлитах (см. фиг.2). Сателлиты выполнены с возможностью вращения относительно своей вертикальной оси. Подложкодержатель 19 расположен на цилиндре 22, который вращается вокруг оси 2 за счет магнитной связи между внутренними магнитами 23 и внешними 24. На колпаке 5 неподвижно закреплена шестерня 25, а каждый сателлит 20 имеет с нижней стороны шестерню, которая при вращении подложкодержателя 19 обкатывается вокруг шестерни 25, обеспечивая тем самым дополнительное вращение их вокруг собственной оси.

Нагрев подложек осуществляют нагревательным устройством 26, обеспечивающим нагрев и поддержание температуры подложек в диапазоне от 400÷1300°C. Нагревательное устройство имеет три зоны, симметричные относительно оси 2, что позволяет создавать однородное температурное поле на сателлитах.

Ввод ПГС в зону роста (зона 13) реактора осуществляют следующим образом. В верхнем колпаке 4 (фиг.2) имеются две полости 27, 29 для подачи ПГС и две полости 28 для продувки транспортным газом. Ввод компонентов в полости 27, 29 осуществляется через ввод 30 для ПГС с компонентом третьей группы, ввод 31 для ПГС, содержащих элемент V группы, и два ввода 32 для ввода продувочного газа.

На внутренней поверхности 33 верхнего колпака 4 имеются отверстия 34 диаметром 0,6 мм, расположенные равномерно относительно поверхности 33 с плотностью около 10 отверстий/см2, что позволяет в совокупности с формой зоны 13 и кольцом 35 обеспечить ламинарное течение ПГС.

Раздельная подача ПГС в зону роста обеспечивается посредством симметрии реактора, в котором ПГС движется в ламинарном потоке от периферии реактора, к его центру, образуя сектор ПГС компонента III и V группы соответственно (см. фиг.3), а равномерно вращающийся подложкодержатель 19 последовательно и равномерно перемещает подложки 21 из одного сектора в другой. Для более полного разделения компонентов III и V групп между основными вводами, расположены дополнительные, в которые подают только транспортные газы (H2, N2 или их смесь). Скорость вращения подложкодержателя и концентрация МОС в ПГС выбирается такой, чтобы за время нахождения подложки в зоне сектора III группы на нее осаждался слой близкий к моноатомному (типично это 10 об./мин.). Изменяя скорость вращения подложкодержателя в диапазоне от 6 до 15 об./мин. можно регулировать скорость роста слоя. Легирующий компонент, в зависимости от желаемого типа проводимости выращиваемого слоя, подается в соответствующий сектор III или V зоны 27 и 29, соответственно. В реакторе процесс роста слоя идет непрерывно и во время роста все газовые потоки стационарны.

Для предотвращения неламинарного течения ПГС в зоне 13, верхний экран 11 находится при температуре, составляющей 0,6÷0,9 от уровня температуры сателлитов 20, что обеспечивается составом азотно-водородной смеси и объемом ее продувки в зоне 14, а также расстоянием между верхней поверхностью колпака 4 и поверхностью экрана 11.

Общий расход азотно-водородной смеси, подаваемой в зоны 27, 28, 29 составляет, типично 30 л/мин (внутренний диаметр верхнего колпака 4, образованный поверхностью 33 составляет 360 мм).

Расход азотно-водородной смеси в каждую из зон 27, 29, 28 пропорционален площади той части поверхности 33, которая обеспечивает течение ПГС в каждом из секторов III, V, Р (см. фиг.3). В рассматриваемом реакторе эти площади соотносятся как: 30:58:6×2. Соответственно поток ПГС по зонам составляет: для зоны 27-9,0 л/мин, для зоны 29-17,4 л/мин и для зон 28-3,6 л/мин.

На фиг.4 представлен поперечный разрез (схема) типичной эпитаксиальной структуры, полученной в вышеописанном реакторе. Эпитаксиальная структура предназначена для изготовления светодиодов (LED) зеленого цвета свечения.

В качестве исходных компонентов для процесса использовали:

(i) реагент III группы: триметилгаллий (ТМГ), триметилиндий (ТМИ), триметилалюминий (ТМА);

(ii) реагент V группы: аммиак (NH3);

(iii) легирующие компоненты: моносилан (SiH4) с объемной концентрацией в баллоне 10-3% и МОС Mg (бис(циклопентадиенил)магний).

В реактор помещают темплейты, а именно, сапфировые подложки со слоем GaN толщиной около 4000 нм, легированного кремнием до уровня 3,0·1018 см3. Проводят необходимые продувки. Затем подложки нагревают до 400°C и в реактор, в сектор V подают NH3 расходом 0.35 моль/мин.; нагрев продолжают до температуры 1050°C.

По достижении температуры 1050°C подачу аммиака увеличивают до 0.53 моль/мин., в сектор III реактора подают ТМГ расходом 3,0·10-4 моль/минуту и моносилан расходом 1,0·10-7 моль/минуту. Выращивают слой GaN в течение 3 минут 52 секунд, после чего подачу ТМГ и моносилана прекращают, а температуру снижают до 730°C.

Далее осуществляют рост слоя InGaN системы квантовых ям (КЯ), для чего подачу аммиака в сектор V реактора увеличивают до 0.63 моль/минуту, а в реактор, в сектор III, подают ТМГ расходом 0,375·10-4 моль/мин и ТМИ расходом 2,0·10-6 моль/мин в течение 1 мин.. Затем прекращают подачу ТМГ и ТМИ в реактор, а температуру повышают до 950°C. При этой температуре в течении 1 мин. 30 сек. проводят рост барьерного слоя GaN посредством подачи в реактор, в сектор III, ТМГ расходом 2,0·10-6 моль/мин, и аммиака в сектор V реактора расходом 0.58 моль/мин. После окончания роста барьерного слоя прекращают подачу в реактор ТМГ и температуру снова понижают до 730°C.

Далее осуществляют рост 2-го слоя InGaN системы КЯ, а затем и 2-го барьерного слоя GaN по указанной выше схеме. Таким образом выращивают по 5 слоев InGaN и GaN системы КЯ.

После окончания роста последнего барьерного слоя GaN, прекращают подачу в реактор ТМГ и повышают температуру до 1050°C. Далее выращивают 20-ти периодную сверхрешетку (СР), состоящую из последовательного чередования слоев GaN и AlGaN. Для этого в реактор, в сектор V, добавляют легирующий компонент (бис(циклопентадиенил)магний) расходом 3,2·10-7, расход аммиака оставляют величиной 0.58 моль/мин., в сектор III подают ТМГ расходом 1,2·10-4 моль/мин, и ТМА расходом 1,0·10-5 моль/мин.; через 48 секунд исключают подачу в сектор III реактора ТМА и через 36 сек. снова начинают подачу в сектор III реактора ТМА указанным выше расходом. Циклы подачи ТМА на 48 сек. и прекращения подачи ТМА на 36 сек. повторяют 20 раз, выращивая, таким образом, 20-ти периодную СР Al0.20Ga0.80N/GaN p-типа проводимости.

После 20-го цикла прекращают подачу ТМА в реактор, в сектор III подают легирующий компонент (бис(циклопентадиенил)магний) с расходом 3,2·10-7 и в течение 8 мин. выращивают слой GaN (т.о. получен слой GaN толщиной 210 нм с концентрацией носителей заряда p-типа на уровне 1,0·1018 см3). После этого подачу ТМГ и легирующего компонента в реактор прекращают и выключают нагрев, уменьшая при этом расход аммиака в сектор V реактора до величины 0,36 моль/мин. При достижении температуры 400°C прекращают подачу в него NH3. Реактор охлаждают, продувают азотом, и полученные структуры выгружают из реактора.

Предлагаемый способ позволяет выращивать ГЭС в промышленных реакторах с загрузкой от 6 до 60 подложек, при обеспечении высокого качества слоев.

1. Способ получения эпитаксиального слоя бинарного полупроводникового материала на монокристаллической подложке посредством металлоорганического химического осаждения из газовой фазы (MOCVD), в котором используют:
(i) реактор с круглой относительно центральной вертикальной оси реакционной камерой;
(ii) горизонтально расположенный подложкодержатель, установленный в упомянутой реакционной камере с возможностью вращения относительно упомянутой оси;
(iii) круглый экран, установленный в упомянутой реакционной камере на расстоянии приблизительно 15÷40 миллиметров над упомянутым подложкодержателем и имеющий больший диаметр, нежели упомянутый подложкодержатель;
в котором
(а) поддерживают предварительно заданную температуру упомянутого подложкодержателя;
(б) равномерно вращают упомянутый подложкодержатель относительно упомянутой оси;
(в) по меньшей мере, два реакционных газа раздельно подают в различные радиальные секторы упомянутой реакционной камеры, при этом, по меньшей мере, один из упомянутых газов содержит металлоорганическое соединение (МОС), способное к разложению с образованием слоя атомов металла III или II группы, а, по меньшей мере, один другой из упомянутых газов содержит гидрид элемента V или VI группы соответственно, способный реагировать с атомами металла III или II группы в упомянутом слое соответственно;
(г) подачу упомянутых реакционных газов осуществляют в такой последовательности, чтобы упомянутый слой, получаемый из упомянутого реакционного газа, содержащего МОС элемента III или II группы, подвергать воздействию упомянутым реакционным газом, содержащим гидрид элемента V или VI группы соответственно;
(д) в секторы между потоками упомянутых реакционных газов подают транспортный газ для предотвращения смешивания упомянутых реакционных газов друг с другом;
(е) подачу в реакционную камеру реакционных газов и транспортного газа, упомянутых выше, осуществляют непрерывно в течение всего времени роста упомянутого слоя;
(ж) реакционные газы и транспортный газ, упомянутые выше, подают таким образом, чтобы обеспечить течение их в радиальном направлении внутри реакционной камеры с равной скоростью на одном диаметре во всех ее секторах;
(з) круговую скорость вращения подложкодержателя, концентрацию МОС в упомянутом реакционном газе и его (газа) расход подбирают таким образом, чтобы толщина упомянутого слоя, осаждаемого за один полный оборот подложкодержателя, составляла приблизительно 0,6÷1,0 моноатомного слоя;
(и) подачу реакционных газов и транспортного газа, упомянутых выше, осуществляют по существу горизонтально через группы отверстий диаметром менее 1 миллиметра, расположенных с поверхностной плотностью 5÷20 отверстий/см2, таким образом, чтобы перечисленные газы проходили над подложкодержателем в радиальном направлении, ламинарно, в режиме вытеснения, а толщина растущего слоя материала d была бы по существу равна произведению k·a·n, где:
k - действительное положительное число, характеризующее долю от моноатомного слоя, осаждающегося за один полный оборот подложкодержателя;
a - действительное положительное число, характеризующее параметр решетки выращиваемого материала;
n - целое положительное число, характеризующее число полных оборотов указанного подложкодержателя.

2. Способ по п.1, в котором температуру упомянутого экрана поддерживают в диапазоне от 0,6 до 0,9 от температуры подложкодержателя для предотвращения возникновения рециркуляции в указанной реакционной камере.

3. Способ по п.1, в котором упомянутый экран выполнен в виде конуса с углом между указанной центральной осью и поверхностью диска в диапазоне от 90° до 60°C.

4. Способ по п.1, в котором реакционные газы и транспортный газ подают в упомянутую реакционную камеру с периферии реактора и выводят через его центральную зону.

5. Способ по п.1, в котором реакционные газы и транспортный газ подают в упомянутую реакционную камеру из центральной зоны реактора, а выводят через его периферическую зону.

6. Способ по п.1, в котором одновременно с вращением подложкодержателя относительно упомянутой центральной вертикальной оси осуществляют вращение подложек, расположенных на нем.

7. Способ по п.1, в котором в один из секторов упомянутого реактора подают реакционный газ, содержащий, по меньшей мере, два соединения металла III или II группы периодической системы элементов, а в другой сектор упомянутого реактора подают реакционный газ, содержащий, по меньшей мере, один гидрид элемента, относящегося к V или VI группе соответственно.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится в технологии производства пленок карбида кремния на кремнии, которые могут быть использованы в качестве подложек или функциональных слоев при изготовлении приборов полупроводниковой электроники, работающих в экстремальных условиях - повышенных уровнях радиации и температур.

Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых материалов и может быть использовано при создании полупроводниковых приборов. Изобретение позволяет упростить технологию получения применением одной поликристаллической мишени, улучшить качество пленок за счет высокой адгезии.

Группа изобретений относится к полупроводниковым материалам. Способ (вариант 1) включает обеспечение реакционной камеры, обеспечение полупроводниковой подложки, обеспечение прекурсорного газа или газов, выполнение эпитаксиального CVD выращивания легированного полупроводникового материала на подложке в реакционной камере для формирования первого слоя, продувку реакционной камеры газовой смесью, включающей водород и газ, содержащий галоген, с обеспечением уменьшения эффекта памяти легирующей примеси без удаления сопутствующего осажденного слоя из зоны реакции и выполнение эпитаксиального CVD выращивания легированного полупроводникового материала на указанной подложке в реакционной камере для формирования второго слоя.

Изобретение относится к сфере производства гетероэпитаксиальных структур, которые могут быть использованы в технологии изготовления элементов полупроводниковой электроники, способных работать в условиях повышенных уровней радиации и высоких температур.

Изобретение относится к устройству для каталитического химического осаждения из паровой фазы и может быть использовано для формирования пленки на подложке. .

Изобретение относится к микроэлектронике. .

Изобретение относится к установкам и способам эпитаксиального выращивания монокристаллов осаждением из паровой или газовой фазы. .

Изобретение относится к технологическому оборудованию для нанесения полупроводниковых материалов на подложку эпитаксиальным наращиванием и может быть использовано при изготовлении различных полупроводниковых приборов микро- и оптоэлектроники.
Изобретение относится к солнечным элементам и к новому использованию тетрахлорида кремния. .

Изобретение относится к устройству и способу управления температурой поверхности, по меньшей мере, одной подложки, лежащей в технологической камере реактора CVD. .

Изобретение относится к электронной технике. Способ изготовления полупроводниковой гетероструктуры для мощного полевого транзистора СВЧ включает расположение предварительно обработанной монокристаллической полуизолирующей подложки арсенида галлия на подложкодержатель в реакторе газофазной эпитаксии, запуск газа-носителя - водорода, нагрев подложкодержателя до рабочей температуры, запуск ростовых технологических газов и последующее наращивание в едином технологическом цикле последовательности слоев заданной полупроводниковой гетероструктуры. Каждый из последовательности слоев заданной полупроводниковой гетероструктуры - буферный слой GaAs, донорный слой n+-GaAs, спейсерный слой GaAs, канальный слой InyGa1-yAs, спейсерный слой AlxGa1-xAs, донорный слой n+-AlxGa1-xAs, барьерный слой AlxGa1-xAs, стоп-слой InzGa1-zP, барьерный слой AlxGa1-xAs, градиентный слой n+-AlxGa1-xAs, контактный слой n+-GaAs - наращивают при определенных технологических режимах, причем содержание химических элементов x, y, z определяются неравенствами 0,20≤x≤0,24, 0,21≤y≤0,28, 0,48≤z≤0,51 соответственно. Изобретение обеспечивает снижение плотности дефектов и повышение выхода годных полупроводниковых гетероструктур, повышение выходной мощности и выхода годных полевого транзистора СВЧ. 5 табл.

Изобретение относится к технологии получения монокристаллического, полученного химическим осаждением из газовой фазы (ХОГФ), синтетического алмазного материала, который может быть использован в качестве квантовых датчиков, оптических фильтров, частей инструментов для механической обработки и исходного материала для формирования окрашенных драгоценных камней. Алмазный материал имеет общую концентрацию азота непосредственно после выращивания, равную или превышающую 5 ч./млн, и однородное распределение дефектов, которое определяется одной или более из следующих характеристик: (i) общая концентрация азота, когда она отображается масс-спектрометрией вторичных ионов (МСВИ) по площади, равной или превышающей 50×50 мкм, используя область анализа 10 мкм или менее, обладает поточечной вариацией менее чем 30% от среднего значения общей концентрации азота, или когда она отображается посредством МСВИ по площади, равной или превышающей 200×200 мкм, используя область анализа 60 мкм или менее, обладает поточечной вариацией менее чем 30% от среднего значения общей концентрации азота; (ii) концентрация азотно-вакансионных дефектов (NV) непосредственно после выращивания равна или превышает 50 ч./млрд при измерении с использованием замеров УФ-видимого поглощения при 77 К, где азотно-вакансионные дефекты однородно распределены по алмазному материалу так, что при возбуждении с использованием источника лазерного излучения с длиной волны 514 нм с размером пятна равным или меньше чем 10 мкм при комнатной температуре с использованием 50 мВт лазера, работающего в непрерывном режиме, и отображаемая по площади, равной или превышающей 50×50 мкм, с интервалом данных менее 10 мкм, имеется низкая поточечная вариация, где отношение площадей интенсивностей азотно-вакансионных пиков фотолюминесценции между областями высокой интенсивности фотолюминесценции и областями низкой интенсивности фотолюминесценции составляет менее 2 для либо пика фотолюминесценции (NV0) при 575 нм, либо пика фотолюминесценции (NV-) при 637 нм; (iii) вариация в рамановской интенсивности такова, что при возбуждении с использованием источника лазерного излучения с длиной волны 514 нм (приводящему к рамановскому пику при 552,4 нм) с размером пятна, равным или меньше чем 10 мкм, при комнатной температуре с использованием 50 мВт лазера, работающего в непрерывном режиме, и отображаемая по площади, равной или превышающей 50×50 мкм, с интервалом данных менее 10 мкм, имеется низкая поточечная вариация, где отношение площадей рамановских пиков между областями низкой рамановской интенсивности и высокой рамановской интенсивности составляет меньше 1,25; (iv) концентрация азотно-вакансионных дефектов (NV) непосредственно после выращивания равна или превышает 50 ч./млрд при измерении с использованием замеров УФ-видимого поглощения при 77 К, где при возбуждении с использованием источника лазерного излучения с длиной волны 514 нм с размером пятна, равным или меньше чем 10 мкм, при 77 К с использованием 50 мВт лазера, работающего в непрерывном режиме, интенсивность при 575 нм, соответствующая NV0, превышает более чем в 120 раз рамановскую интенсивность при 552,4 нм, и/или интенсивность при 637 нм, соответствующая NV-, превышает более чем в 200 раз рамановскую интенсивность при 552,4 нм; (v) концентрация одиночных азотных дефектов замещения (Ns) равна или превышает 5 ч./млн, где одиночные азотные дефекты замещения однородно распределены по монокристаллическому, полученному ХОГФ, синтетическому алмазному материалу, так что используя характерное инфракрасное поглощение при 1344 см-1 и делая выборку площади больше чем площадь 0,5 мм2, вариация, выведенная делением стандартного отклонения на среднее значение, составляет менее 80%; (vi) вариация в интенсивности красной люминесценции, определенная посредством стандартного отклонения, разделенного на среднее значение, составляет менее 15%; (vii) среднее стандартное отклонение в концентрации нейтрального одиночного азота замещения составляет менее 80%; и (viii) интенсивность окраски, измеренная с использованием гистограммы изображения, полученного микроскопией, со средним уровнем яркости больше чем 50, где интенсивность окраски является однородной по монокристаллическому синтетическому алмазному материалу, так что вариация в сером цвете, характеризующаяся стандартным отклонением уровня яркости, разделенным на среднее значение уровня яркости, составляет менее 40%. Алмазный материал имеет высокое и однородное распределение общих азотных дефектов, одиночных азотных дефектов замещения Ns, азотно-вакансионных дефектов NV, не имеет полосчатости в условиях фотолюминесценции. Однородность достигается по всему алмазному материалу, выращенному в ходе одного цикла и от цикла к циклу выращивания. 19 з.п. ф-лы, 8 ил., 5 табл.

Изобретение относится к способу выращивания пленки нитрида галлия путем автосегрегации на поверхности подложки-полупроводника из арсенида галлия и может быть использовано при изготовлении светоизлучающих диодов, лазерных светодиодов, а также сверхвысокочастотных транзисторных приборов высокой мощности. Подложку помещают в атмосферу прокачиваемого со скоростью 5-10 л/ч газа в виде газообразного азота или аргона с добавками азота и водорода, при этом осуществляют нагрев подложки до температуры 600-1100°С, выдержку при указанной температуре в течение 1-3 ч и охлаждение в печи. В частных случаях осуществления изобретения аргон с добавками азота и водорода содержит до 15% азота и до 4% водорода. Перед прокачкой газа подложку размещают в трубчатом алундовом тигеле, который помещают в кварцевую ампулу, при этом прокачку упомянутого газа осуществляют с одновременным нагревом подложки, выдержкой и охлаждением. Нагрев подложки осуществляют до 1050°С. Обеспечивается упрощение процесса выращивания пленок и снижение его длительности, а также получение ориентированных монокристаллических слоев разнообразных видов (иглы, нити, пластины). 3 з.п. ф-лы, 3 ил., 3 пр., 4 табл.

Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления полупроводниковых структур с низкой плотностью дефектов. В способе изготовления полупроводниковой структуры выращивание эпитаксиального слоя Si1-xGex производят со скоростью 10 нм/мин, при давлении 0,133 Па, температуре 750°C, расходе SiH4 - 10 см3/мин и соотношении концентраций смеси GeH4:SiH4=3-6%. Техническим результатом изобретения является снижение плотности дефектов, обеспечивающее технологичность, улучшение параметров, повышение надежности и увеличение процента выхода годных. 1 табл.

Изобретение относится к области формирования эпитаксиальных слоев кремния на изоляторе. Способ предназначен для изготовления эпитаксиальных слоев монокристаллического кремния n- и p-типа проводимости на диэлектрических подложках из материала с параметрами кристаллической решетки, близкими к параметрам кремния с помощью химической газофазной эпитаксии. В качестве материала подложки могут использоваться, в частности, лейкосапфир (корунд), шпинель, алмаз, кварц. Способ заключается в расположении подложки в реакторе, нагреве рабочей поверхности подложки до 900-1000°C, подаче потока реакционного газа, содержащего инертный газ-носитель и моносилан, наращивании кремния до образования начального сплошного слоя на рабочей поверхности подложки, добавлении к потоку реакционного газа потока галогенсодержащего реагента и формировании эпитаксиального слоя кремния требуемой толщины. Начальный сплошной слой кремния наращивают со скоростью от 3000 /мин до 6000 /мин. После формирования данного слоя на рабочей поверхности подложки расход потока реакционного газа уменьшают, снижая скорость роста на 500-2000 /мин. К потоку реакционного газа добавляют поток насыщенного пара галогенида кремния или газообразного галогенсилана, значение расхода которого задают таким образом, чтобы скорость роста кремниевого слоя вернулась к значениям 3000-6000 /мин. Технический результат изобретения - получение слоя кремния высокого качества и снижение себестоимости процесса изготовления. 3 ил., 1 пр.

Изобретение относится к способам получения эпитаксиальных тонкопленочных материалов, а именно новой фазы дисилицида стронция, обладающего в контакте с кремнием низкой высотой барьера Шоттки, и может быть использовано для создания контактов истока/стока в технологии производства полевых транзисторов с барьером Шоттки. Способ выращивания эпитаксиальных пленок дисилицида стронция на кремниевой подложке методом молекулярно-лучевой эпитаксии заключается в осаждении атомарного потока стронция с давлением PSr=(0,5÷3)×10-8 Торр на предварительно очищенную и нагретую до Ts=500±20°С поверхность подложки кремния до формирования пленки дисилицида стронция требуемой толщины. Техническим результатом заявленного изобретения является создание технологии формирования эпитаксиальных пленок SrSi2 методом молекулярно-лучевой эпитаксии, ориентация которых определяется подложкой, что позволит выращивать пленки с различными заданными свойствами. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Группа изобретений относится к технологии вакуумной эпитаксии германия или германия и кремния, включающей применение вакуумного осаждения германия из газовой среды германа в качестве способа удаления естественно образовавшегося или сформированного защитного слоя диоксида кремния с рабочей поверхности химически очищенной кремниевой подложки на этапе - ее подготовительной вакуумной очистке перед вакуумным осаждением германия или германия и кремния на указанную подложку для получения соответствующей эпитаксиальной пленки. Технический результат изобретения - повышение эффективности подготовительной вакуумной очистки рабочей поверхности кремниевой подложки за счет обеспечения высокой степени удаления диоксида кремния при одновременном повышении технологичности сочетаемости указанного удаления с последующей вакуумной эпитаксией, а также расширение актуального технологического арсенала вакуумной эпитаксии, удовлетворяющего растущим требованиям высококачественного полупроводникового производства. Для достижения указанного технического результата предлагается применение вакуумного осаждения германия из газовой среды германа путем пиролиза последнего в присутствии источника тепла для указанного пиролиза в виде резистивного нагревательного элемента, изготовленного из тугоплавкого металла и расположенного над нагретой химически очищенной кремниевой подложкой, в качестве способа удаления диоксида кремния с рабочей поверхности указанной подложки в условиях ее нагрева до температуры, превышающей технологическую температуру этой подложки, поддерживаемую при последующей вакуумной эпитаксии полупроводникового материала на основе германия, на величину, подбираемую в зависимости от степени наличия диоксида кремния на рабочей поверхности химически очищенной кремниевой подложки. Техническим результатом способа изготовления монокристаллической пленки германия на кремниевой подложке является повышение качества получаемой монокристаллической пленки германия за счет высокотехнологичной подготовительной вакуумной очистки рабочей поверхности кремниевой подложки перед началом формирования указанной пленки. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к электронной технике, а именно к способам изготовления антимонида галлия с большим удельным электрическим сопротивлением, применяемым в производстве полупроводниковых приборов. В способе изготовления антимонида галлия с большим удельным электрическим сопротивлением, включающем выращивание антимонида галлия методом эпитаксии на подложке из антимонида галлия, при этом процесс выращивания антимонида галлия осуществляют методом газофазной эпитаксии из металлорганических соединений при температуре в диапазоне от 550 до 620°С при обеспечении превышения содержания атомов сурьмы по отношению к содержанию атомов галлия в газовой фазе в 20-50 раз. Техническим результатом изобретения является создание способа промышленного изготовления GaSb с большим удельным электрическим сопротивлением.

Изобретение относится к полупроводниковой технике, а именно к области изготовления гетероэпитаксиальных слоев монокристаллического кремния различного типа проводимости и высокоомных слоев в производстве СВЧ-приборов, фото- и тензочувствительных элементов, различных интегральных схем с повышенной стойкостью к внешним дестабилизирующим факторам. Способ изготовления гетероэпитаксиального слоя кремния на диэлектрике включает формирование ростовых кремниевых островков на поверхности диэлектрической подложки (сапфир, шпинель, алмаз, кварц) с последующим наращиванием начального слоя кремния путем термического разложения моносилана, его термообработку в течение времени, достаточного для устранения структурных дефектов, образовавшихся в результате релаксации напряжений кристаллической решетки кремния, и продолжение наращивания слоя кремния до требуемых значений толщины, при этом наращивание начального слоя кремния осуществляют при температуре 930-945°C до момента слияния ростовых кремниевых островков и образования сплошного слоя, температуру термообработки устанавливают в пределах 945-975°C, а температуру роста слоя требуемой толщины задают не менее 960°C. Технический результат изобретения - повышение структурного качества и однородности распределения удельного сопротивления по толщине гетероэпитаксиального слоя кремния на диэлектрике. 4 ил.

Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии получения кремниевых пленок на сапфире с пониженной дефектностью. В способе изготовления полупроводниковой структуры проводят отжиг подложки в атмосфере водорода в течение 2 часов при температуре 1250°C с последующим наращиванием пленок кремния пиролизом силана в атмосфере водорода при температуре 1000-1030°C в два этапа: сначала выращивают n+-слой кремния, легированный из PH3, с концентрацией примеси 1020 см-3, со скоростью роста 5 мкм/мин, затем наращивают n-слой кремния, легированный AsH3, с концентрацией примеси 4*1015 см-3, со скоростью роста 2,3 мкм/мин, с последующим термическим отжигом при температуре 600°C в течение 15 минут в атмосфере водорода. Затем формируют n-канальные полевые транзисторы и электроды стока, истока и затвора по стандартной технологии. Предложенный способ изготовления полупроводниковой структуры позволяет повысить процент выхода годных приборов и улучшить их надежность. 1 табл.
© Патентный поиск, поиск патентов на изобретения - FindPatent.RU 2012-2024
Политика конфиденциальности 2015-04-20 2015-04-19T19:10:31
Наверх