Устройство для эпитаксиального наращивания полупроводниковых материалов

Устройство для эпитаксиального наращивания полупроводниковых материалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К ЬвтОРСКОМЮ СВИДЕтЕЛЬСТВЮ

Союз Советских

Социалистических

Республик (11) 608376 (51) М. Кл. (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 12.04.76 (21) 2346094/18-25 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет

Опубликовано 05.02.79г>юллетень № 5

Дата опубликования описания 10.02.79

Н 01 J 21/20

Государственный комитет ссср по делам изооретений и открытий (53) УДК 621.382. .002 (088. 8) Э. П. Бочкарев, Н. Г. Воронин, Ю. А. Дроздов, О. Е. Коробов, В. Н. Маслов и В. В. Нечаев (72) Авторы изобретения

Государственный ордена Октябрьской Революции научноисследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности "Гиредмет" (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭПИТАКСИАЛЬНОГО НАРАЩИВАНИЯ

ПОЛ УПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

1

Изобретение относится к производству полупроводниковых материалов и структур на их основе.

Известно устройство для получения эпитаксиальных слоев при близком расположении источника и подложки, состояшее из двух графитовых дисков, на которых расположены подложка и источник (1) . Между ними устанавливается кварцевая пластина с пазом толщиной 0,25 мм. Через паз осушествляется массоперенос с источника на подложку за счет разницы температур между ними, которая составляет 10 — 50 С. В качестве источников применяют тонко измельченную шихту или пластины из полупроводниковых материалов.

Известно также устройство для эпитаксиального наращивания полупроводниковых материалов сэндвич-методом, содержащее подложку и источник, на поверхность которого нанесена маска с локально вскрытыми окнами различной конфигурации 12).

Однако это устройство не позволяет получить сплошные эпитаксиальные слои и слои иных геометрических профилей, чем отверстия в маске.

Цель изобретения — получение сплошной пленки переменной толщины по поверхности подложки.

Указанная цель достигается тем, что в маске по крайней мере один размер окон и расстояния между ними выполнены меньше расстояния между источником и подложкой, а общая площадь окон на различных участках источника пропорциональна требуемой толщине пленки на противолежаших участках подложки.

Доля не покрытых защитной маской плошадей на источнике может быть изменена за счет изменения размеров каждого локально вскрытого окна или за счет изменения количества этих окон на поверхности источ15 ника или одновременным изменением как размеров локально вскрытых окон, так и количества их на поверхности источника.

Предлагаемое устройство позволяет получать поверхность эпитаксиального слоя за счет достижения различных значений плотностей диффузионных потоков для отдельных участков поверхности подложки в процессе эпитаксиального нарашивания при неизменных значениях температуры процесса

608376

3 и в личины зазора между источником и подложкой. При этом диффузионные потоки, исходящие из отдельных окон, будут сливаться, поэтому выросший эпитаксиальный слой будет сплошным с плавно меняющейся тол щи ной.

На фиг. 1 и 2 показаны варианты устройства для получения сплошной пленки переменной толщины, имеющей в сечении форму клина; на фиг. 3 и 4 — варианты устройства для получения сплошной пленки переменной толщины, имеющей в сечении форму сегмента; на фиг. 1 и 3 — изменение толщины пленки, регулируемое путем изменения поверхностной плотности вскрытых окон, имеющих одинаковые размеры; на фиг. 2 и 4— изменение толщины пленки, регулируемое путем изменения размеров окон при постоянной их поверхностной плотности.

На чертежах показаны подложка 1, нарощенный слой 2, источник 3 и маска 4.

Пример 1. На поверхность твердого источника, представляющего собой пластину арсенида галлия, и-типа проводимости с линейными размерами 1 Х 1 см, предварительно наносят защитную маску из окиси кремния и методами фотолитографии вскрывают круглые окна площадью 1,96 10 см .

Расстояние между вскрытыми окнами у одного края источника составляет 10 мкм и, прямолинейно увеличиваясь к противоположному краю, достигает величины 20 мкм. В перпендикулярном направлении расстояние между соседними окнами остается неизменным и составляет величину 10мкм. Таким образом доля плошад< и участков, не покрытых защитной пленкой, изменяется от

260/О для края, где расстояние между двумя ближайшими окнами составляет 10мкм, до

150/О у противоположного края.

Предложенное устройство твердого источника было применено для получения эпитаксиального слоя арсенида галлия с релье фом поверхности в виде клина.

Подготовленный источник и подложку закрепляют на держателях так, чтобы поверхность источника с окнами была обращена к подложке из арсенида галлия и их поверхности были плоско-параллельны и отстояли друг от друга на расстоянии 500 мкм.

Держатели с источником и подложкой помешают в реактор и нагревают источник до

900 С, а подложку до 880 С. Процесс проводится в атмосфере водорода с использованием хлористого водорода в качестве реагента-носителя. Длительность процесса составляет 2 ч. По окончании процесса на поверхности подложки образуется слой с линейно изменяющейся толщиной от 30 мкм у одного края и до 70 мкм у другого.

Пример 2. Для получения такого же рельефа поверхности, как в примере 1, подготовка поверхности источника аналогична о писанной выше. Однако размер площади

Предлагаемое устройство позволяет в принципе получать и другие виды рельефа поверхности эпитаксиального слоя. Так, при расположении окон концентрическими кругами с постоянным расстоянием между окнами, но с изменяемыми по площади окнами (см. фиг. 4) представляется возможным получить слои в виде линзы. Причем, подбирая соотношение площадей окон, можно изменять крутизну поверхности линзы.

Твердые источники предложенной конструкции позволяют получать поверхность эпитаксиального слоя различного рельефа.

Это может найти применение для получения полупроводниковых периодических структур с переменной величиной периода, что является важным при создании полупроводниковых квантовых генераторов (лазеров) .

40 формула изобретения

Устройство для эпитаксиального наращивания полупроводниковых материалов сэндвич-методом, содержащее подложку и источник, на поверхность которого нанесена маска с локально вскрытыми окнами различной

55 окон от одного края к другому изменяется прямолинейно от 1,2.10 см у одного края до 5,03 10 см при постоянной величине расстояния между ними, равной 100 мкм..

Таким образом доля площади источника непокрытого защитной маской изменяется от

11 до 35 /О у края, где площадь окна составляет 5,03-10 5 см . Условия и продолжительность процесса такие же, как в примере 1. При этом на поверхности подложки образуется слой переменной толщины, равной

25 мкм у края, где площадь окна равняется

1,2 10 см, до 80 мкм у другого края.

Пример 3. Твердый источник представляет собой пластину фосфида галлия, п-типа проводимости с линейными размерами

1 X 1 см. На поверхность источника предварительно наносят защитную пленку из окиси алюминия. Размеры вскрытых окон и их расположение аналогичны описанным в примере 1. Подготовленный источник устанавливают на плоский графитовый нагреватель.

Подложку закрепляют плоско-параллельно источнику на расстоянии 100 мкм от его поверхности. Процесс проводится в атмосфере водорода. При 800 С дается выдержка в течение 10 мин. Затем температура повышается до 850 С и в пространство между источником и подложкой вводится галлий. В этих условиях блок с подложкой и источником выдерживаются в течение 10 мин. Затем система охлаждается в течение 2,5 мин. Пос30 ле процесса на поверхности подложки образуется эпитаксиальный слой с монотонно изменяющейся толщиной от 17 мкм до 3 мкм у края, где расстояние между окнами составляет 20 мкм.

608376 конфигурации, отличающееся тем, что, целью получения сплошной пленки переменной толщины по поверхности подложки, по крайней мере один размер окон и расстояния между ними выполнены меньше расстояния между источником и подложкой, а общая площадь окон на различных участках источника пропорциональна требуемой тол6 щине пленки на противолежащих участках подложки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Г. N. Nicsol, J. Electrochem $ос 1963, ч. 110, р. 1165.

2. Авторское свидетельство СССР № 519045, кл. Н 01 L 21/20, 1978.

608376

Яи. Ю

Составитель Т. Большакова

Редактор E.Ìåñðîïîâà Техред О. Луговая Корректор М. Демцик

Заказ 151 /48 Тираж 922 Подписное

HHHHHH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

I 1 3035, Москва, Ж-35, Раушская иаб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4