Устройство для газовой эпитаксии полупроводниковых соединений
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
