Способ получения слоев аморфного германия

 

Использование: технология получения полупроводниковых материалов, в производстве интегральных микросхем и фотоприемных устройств. Сущность изобретения: в способе осаждения слоев аморфного германия на подложке, расположенной в зоне осаждения реактора, путем терморазложения моногермана, процесс проводят при температуре 160-290^oС, давлении 660-5300 Па в изотермическом статическом реакторе при отношении суммарной поверхности зоны осаждения к объему реактора 1,1-2,2 см^-1. Внутреннюю поверхность реактора выполняют из стали, кварца или кварца, покрытого оксидом магния. 1 табл.

Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых материалов и может быть использовано в производстве интегральных микросхем и фотоприемных устройств.

Известен способ осаждения эпитаксиальных слоев германия на обогреваемой подложке кремния путем терморазложения моногермана [1] Сущность способа заключается в том, что при непрерывном потоке смеси газофазного гидрида германия с водородом осаждают слой германия при температуре подложки 500-900^oС и парциальном давлении моногермана 53,6-212 Пa. Скорости осаждения в интервале указанных температур и давлений составляют .

Наиболее близким по техническной сущности к предлагаемому способу является способ получения аморфных слоев германия на подложке кремния, расположенной в кварцевом реакторе, путем разложения моногермана при атмосферном давлении на поверхности зоны осаждения (поверхности подложки) [2] При этом моногерман с концентрацией 0,3-3% подают в реактор в смеси с азотом. Реактором служит кварцевый цилиндрический сосуд диаметром 5,1 см и длиной 30,5 см. В этом реакторе располагают обогреваемую подложку из кремния. Температуру подложки варьируют от 300 до 450^oC. В качестве параметров, определяющих и регулирующих скорость осаждения слоев, выбирают мольную долю гидрида и температуру. В зависимости от этих параметров скорость роста слоев изменялась от 70 до . Электронно-микроскопические снимки показывают, что при повышении температуры синтеза от 300 до 375^oС слои приобретают менее гладкую морфологию, и характерный размер зерен увеличивается от 0,1 до 0,8 мм.

Задачей изобретения является увеличение скорости осаждения, улучшение качества слоев при одновременном снижении температуры осаждения и расширение ассортимента материалов подложки.

Задача достигается тем, что способ получения слоев аморфного германия включает терморазложение моногермана на подложке из кремния или кварца, расположенной в реакторе, процесс проводят при температуре 160-290^oС, давлении 660-5300 Па в изотермическом статическом реакторе при отношении суммарной поверхности зоны осаждения к объему реактора ( S/V) 1,1-2,2 см^-1, при этом внутренюю поверхность реактора выполняют из стали, кварца или кварца, покрытого оксидом магния. Под суммарной поверхностью зоны осаждения подразумевается сумма внутренней поверхности реактора и поверхности подложек.

Данный способ осуществляют следующим образом. Цилиндрический реактор из кварца или стали марки ХМ15 предварительно промывают соответстенно плавиковой кислотой и дистиллированной водой и просушивают. В отдельных опытах промытый кварцевый реактор обрабатывают водной суспензией оксида магния и просушивают. Подложки, предназначенные для покрытия слоями германия, укладывают в реактор при значении S/V, равном 1,1-2,2 см^-1. Реактор герметизируют, вакуумируют и термостатируют при заданной температуре в интервале 160-290^oС. Далее в реактор напускают моногерман в диапазоне давлений 660-5300 Па. Откачку газофазного продукта водорода проводят после прекращения процесса распада при каждом напуске. За реакцией следят, регистрируя изменение давления смеси и снижение концентрации моногермана по поглощению света (на частоте 2114 см^-1).

Синтезируемые слои германия исследуют методами рентгенофазового, оже-спектроскопического и электронно-микроскопического анализа на установках соответсвенно Дрон-1, РНI-551, Superprobe "ICXA-733". Распределение элементов по глубине синтезируемых слоев германия проводят в сочетании с распылением используемых образцов ионами аргона с энергией 2 кэВ и плотностью тока 9 мкА/см². Определив время полного травления слоев германия до материала подложки, измеряют толщину пленок, имея предварительную колибровочную зависимость времени травления от толщины слоев германия.

Варьируемыми параметрами синтеза являются давление моногермана, температура в зоне осаждения, материал поверхности реактора и покрываемой подложки и отношение суммарной поверхности зоны осаждения к объему реактора. В частности, поддерживая постоянными четыре из этих пяти параметров и варьируя один, можно по каждому параметру определить четкую границу, разделяющую области роста слоя германия и образования порошка.

Пример 1. Осаждение проводят в цилиндрическом кварцевом реакторе, промытом плавиковой кислотой, затем дистиллированной водой и высушенном. В реакторе располагают покрываемые подложки монокристаллического кремния марки КЭФ-4,5. Температура синтеза 235^oС, S/V=2,2см^-1; начальное давление в реакторе 660 Па. Время одного опыта 8,3 мин. Количество опытов 10. Толщина полученной пленки 0,9 мкм. Средняя скорость роста .

Примеры 2-6. Аналогично примеру 1. Исходные данные и параметры осаждения приведены в таблице 1.

Согласно результатам рентгенофазового анализа полученные пленки аморфные. Оже-спектроскопические данные показывают однородность пленок по толщине. Электронно-микроскопические исследования показывают, что характерные размеры поверхностных структур составляют 1-3 мкм.

Предлагаемый способ позволяет синтезировать качественные слои германия на различных материалах, обеспечивая большие скорости роста пленок при температурах и давлениях значительно более низких, чем в известных способах. Способ позволяет также при постоянной средней скорости роста слоя в зоне синтеза целенаправленно оптимизировать время процесса в зависимости от требуемой толщины слоя и материала подложки и реактора.

Источники информации 1. Deposition, poat-deposition annealing and characterization of epitaxial Ge films on Si (100) by pytolysis of GeH₄. Green M.L. Ali J.S. Brasen D. Nakahara S. J.Electron.Mater.1988, v.17, N 3, p.229-237.

2. The Thermal Decomposition of Germane. Lou H.Hall J.Electrochem. Soc. Solid-State Science and Technology, 1972, v.119. N 11, p.1593-1596.

Формула изобретения

Способ получения слоев аморфного германия, включающий осаждение германия на подложке, расположенной в реакторе, путем терморазложения моногермана на поверхности зоны осаждения, отличающийся тем, что процесс терморазложения проводят при температуре 160-290^oC, давлении 660-5300 Па в изотермическом статическом реакторе при отношении суммарной поверхности зоны осаждения к объему реактора 1,1-2,2 см^-1, при этом внутреннюю поверхность реактора выполняют из стали или кварца или кварца, покрытого оксидом магния, а подложку из кремния или кварца.

РИСУНКИ

Рисунок 1