Устройство для газовой эпитаксии полупроводниковых соединений

Устройство для газовой эпитаксии полупроводниковых соединений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СООЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Ai ае пп

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 3449773/26 (22) 29.03 ° 82 (46) 15.01.92, Бюл. М 2 (72) А.А.Аренд*ренко, И.А.Барил, А.Т.Мягков, М.E.Èèíàæäèíoâ, А.А.Овечкин, IO.В.Слепнев и В.А.Федоров (53) 621.315.592(088.8) (56) Патент Франции tl 2114105, кл, В 01 J 17/00, 1972.

Патент США rr 3408982, кл. 118-495, 1968.

Патент Франции М 2074292, кл. В 01 J 17/00, 1971. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГАЭОВОЙ ЭПИТАКСИИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ, включающее реакционную камеру, размещенный в ней подложкодержатель, выполненный в виде диска с отверИзобретение относится к области микроэлектроники и может быть использовано в щюизводстве эпитаксиальных структур полупроводниковых соединений МОС-гидридным иетодом.

Для,получения эпитаксиальных с рук ур (3C) полупроводниковых соединений НОС"гидридным методом обычно используют проточные реакторы, по конструкции аналогичные применяемым в эпитаксии кремния.

Известно устройство для получения полупроводниковых слоев из па» ровой Фазы, включающее реакционную камеру, выполненную из прозрачного

- для коротких волн материала, желательно кварца, снабженную сред2 стием в центральной части, экран, установленный над подложкодержателем, газораспределитель, соединенный со средством ввода газов, и средство вывода газов, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью улучшения однородности эпитаксиальных структур по толщине и по концентрации носителей заряда, газораспределитель установлен над подложкодержателем соосно с ним на высоте (0,1-0,15}Эп и выполнен в виде тора диаметром (1,1-1,2)D< с отверстиями на внутренней его поверхности, где D — диаметр подложкодержателя.

2. Устройство по п.l, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что экран расположен от подложкодержателя на высоте (0„3 0,4)Dä. ствами ввода и вывода газов, подложкодержатель, выполненный из непро зрачного для коротких волн и поглощающего их материала, и источник теплового излучения. Подложкодержатель применяют плоский или цилиндрический, он выполнен с возможностью переиещения для усреднения температурного поля. В слу", чае плоского подложкодержателя ввод парогазовой смеси (ПГС) осуществляют в центре подложкодержателя, а отвод — с его периФерии., Однако s таком устройстве не удается получить однородные по толщине и концентрации носители заряда ЭС.

Одной из причин этого является нелл-»

1014161

Отвод ПГС осуществляют от периферии подложкодержателя.

В таком устройстве при выращивании полупроводниковых соединений

МОС-гидридным методом толщина ЭС уменьшается по ходу движения ПГС,, а концентрация носителей заряда увеличивается. Это объясняется расходованием основных компонентов ПГС (алкилов и гидридов металлов) по мере ее продвижения вдоль поверхности подложки. Изменение положения экрана относительно подложкодержателя не улучшает характеристики эпитаксиальных слоев.

55 нородный состав ПГС по площади подложкодержателя .

Известно устройство для осаждения покрытия из паровой фазы, включающее герметичную реакционную камеру, снабженную средствами ввода и вывода ПГС, в которую помещен вращающийся подложкодержатель, обогреваемый токами высокой частоты. 8 зависимости от кон-10 струкции подложкодержателя ввод ПГС осуществляют либо из центра подложкодержателя, либо из трубок непо" средственно на подложки, а отвод

ПГС - в нижнюю часть реактора с периферии подложкодержателя.

Указанное устройство имеет те же недостатки, что и прерыдущее. Более того, подвод ПГС из трубок непосредственно на подложки приводит к локальному росту ЭС и, как следствие, к еще большей неоднородности толщины и электрофизических параметров по площади структуры.

Наиболее близким техническим 25 решением является устройство для получения полупроводниковых пленок из паровой фазы, включающее реакционную камеру, размещенный в ней подложкодержатель, выполненный в виде gp диска с отверстием в центральной части, экран, установленный над подложкодержателем, газораспределитель, соединенный со средством ввода газов, и средство вывода газов. Газораспределитель выполнен в виде трубы, проходящей через отверстие в центре подложкодержателя, ПГС вводится в реакционную камеру между экраном и подложкодержателем че- 40 рез отверстия в трубе в. направлении, параллельном поверхности подложкодержателя..Целью изобретения является улучшение однородности эпитаксиальных структур по толщине и концентрации носителей заряда.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, включающем реакционную камеру, расположенный в ней подложкодержатель, выполненный в виде диска с отверстием в центральной части, экран, установленный над подложкодержателем, газораспределитель, соединенный со средством ввода газов, и средство вывода газов, газораспределитель установлен над подложкодержателем соосно с ним по высоте (0,1-0,15)Dö и выполнен в виде тора диаметром (1 1-1,2)Пп с отверстиями на внутренней его поверхности, где " и диаметр подложкодержателя. Кроме того, экран расположен от подложкодержателя íà высоте (0,3-0,4) D„, На чертеже показано устройство для газовой эпитаксии полупроводниковых соединений.

Устройство включает реакционную камеру, состоящую из крышки 1 и основания 2, внутри которо" расположены подложкодержатель 3 в виде диска с отверстием 4 в центре для вывода ПГС, газораспределитель 5, выполненный в виде тора с отверстиями на внутренней его поверхности для ввода ПГС, установленный над подложкодержателем 3 соосно с ним, и экран 6, расположенный над газораспределителем 5. !

Подложкодержатель 3 может быть выполнен с возможностью вращения.

Устройство работает следующим образом.

На подложкодержатель 3 загружают подложки арсенида галлия. Реакционную камеру герметизируют, продувают азотом и водородом и нагревают. Подвод тепла осуществляют через основание реакционной камеры с помощью печи сопротивления (на чертеже не показана), По достижении температуры 620 С через отверстия в газоо распределителе в реакционную камеру подают компоненты ПГС в следующих количествах, мл/мин:

Эфират триметилгаллия (ЭТМГ) 100

Арсин (104-й в водороре)

120

1074161

Таблица 1

У и/и

)ha) макс (hd) макс

Концентрация носителей заряда, и, см" ° 10

Толщина эпиВысота расположения над подложкодержателем экрана, н

Высота

Диаметр газораспределителя, llr

Дна" метр подложкодержателя, D

dåð

3 ка замера расположения над подложкодержателем таксиального слоя

d мкм газораспределителя, I;

»,0

9,2

0,29 1,7

0,30 о;31

0,32 1,5 о,32 1,5

0,30 1,6

0,31 1,5

0,32 .1,5 . ,0,31 1,6

0,32 1,6

0 31 1,5 о,3о 1,6

0,29 1.7 о 3D„1

3

5 о 35D 1

3

5

0,4D„

3

0 1Do

1 200 1,10„

1 150а

6,0

6,5

12,2 I0,3

0,15D„

1,2D„

Моногерман (2,54 т:10 6 3-й в гелии) 180

Водород 10000

Отводят ПГС через отверстие в центре подложкодержателя. t3 указанных условиях в течение 10 мин на подложке вырастает эпитаксиальный слой толщиной 0,3 мкм с концентрацией носителей заряда 1,5 10 см

Ввод ПГС в реакционную зону, ограниченную в реакционной камере экраном 6 и подложкодержателем 3, через газораспределитель 5, выполненный в виде тора, при указанном их взаимном расположении и вывод ПГС через отверстие 4 в центре подложкодержателя позволяют создать однородный состав ПГС за счет увеличения скорости движения ПГС от периферии к центру подложкодержателя, что компенсирует расход компонентов на реакцию, а это обеспечивает однородность толщины и концентрации носителей заряда по площади ЭС.

Высота установки газораспределителя и экрана над подложкодержателем, равная соответственно (0,10,15)Вп и (0,3-0,4)Эд обусловлена спецификой разложения алкилов и гидридов металлов, участвующих в реакции осаждения эпитаксиальных слоев. Указанные параметры обусловли- вают объем реакционной зоны, который, в свою очередь, обеспечивает полноту проведения. реакции. При большем объеме реакционной зоны (т.е. при высоте установки газораспределителя

5 I0

35 над подложкодержателем ) 0,15Т1я и высоте установки экрана O0;4D11 происходит значительное разложение алкилов и гидридов металлов, что приводит к уменьшению скорости роста, ухудшению морфологии поверхности и . однородности эпитаксиального слоя.

При меньшем объеме (т,е. при высоте установки газораспределителя с 0,1D> и экране с 0,313„) компоненты ПГС разлагаются недостаточно полно, что также отрицательно влияет на характеристики ЭС.

Диаметр газораспределителя, равный (1,1-1,2)pп способствует необходимому прогреванию ПГС. Конкретные данные, подтверждающие оптимальность выбора указанных соотношений, представлены в табл.1.

Данные о неоднородности толщины и концентрации носителей заряда на структурах диаметром 60 мм, полученных в.описываемом устройстве по сравнению с устройством-прототипом и базовым устройством, приведены в табл.2.

Как видно из табл.2, использование предлагаемого устройства для газовой эпитаксии полупроводниковых соединений обеспечивает по сравнению с известным и базовым устройствами улучшение однородности толщины получаемых ЭС приблизительно в 3 раза, концентрации носителей заряда в 3,3 раза, что позволяет повысить процент выхода годных структур и полупроводниковых приборов.

1074161 (A п) макс и с - -" (Ьй) макс

У п/п

Толщина эпиТоч"

Концентрация носителей заВысота

Высота

Диаметр газоДиаметр подложкодержателя, 0„

Вер

Ф ка расположения над подложкодержателем расположения над подложкодержателем заметаксиальнораспределитего слоя, ряда, п, -3 10f7 см 1О ра экрана, н газораспределителя, H ля, Ar

46,4

0,8г,„

55,1

0 050п

16,3

24,9

0,2П„

1, 5?>и аблица2

1 !

f ! Толщина, !<онцентэпитакси-,рация ! ального носите(ого} макс (Ьп}макс

) dcp и ср

% % ка замеслоя, d, мкм лей вара ряда,n „

17 см 10

Предлагаемое устройство

6 5

6,0

33,3 53,3

20 7

19,3

Объекты I Точ1

3

5

Устрой- 1 ство- 2 прототип 3

5

Базовое 1 устрой- 2 ство 3

4

0,20„ 1

3

5

0 6Пп 1

3

0,30

0,31

0,32

0,31

0,32

0,35

0,32 0,25

0,33

0,33

0,33

0,30

0,28

0,30

0,31

0,28

0,28

О,I7

0,20

0,30

0,25

0,25

0,33

0,30

0,28

0,30

0,30

1,6

1,5

1,6

1,6

1т1

1,6

1 9

1,5

1,4

1,3

1,5

1,6

1,6

1,4

1,7

t,7

2 5

2,0

1,6

1,8

1,8

1,4

1,7

1,8

1,7

1,7

Продолжение табл.1!

0741Ь1

Техред А.Кравчук Корректор И.самборская

Редактор E. Гиринская

Заказ 790 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. ужгород, ул..Гагарина, 101