Способ локальной жидкостной эпитаксии

 

Изобретение относится к полупроводниковой технологии и может быть использовано при производстве полупроводниковых приборов и интегральных схем. Результатом является получение контролируемого поверхностного профиля состава эпитаксиального слоя. Сущность изобретения: способ включает локальное нанесение на поверхность монокристаллической подложки материала, образующего с материалом подложки жидкую фазу при температуре меньшей температуры плавления подложки, и последующей термообработки. В процессе термообработки подложку подвергают импульсному нагреву, причем длительность импульсов подводимой мощности меньше промежутков между импульсами. Ориентация подложки выбирается таким образом, чтобы ее растворение и кристаллизация были затруднены межфазными процессами. В этих условиях процессы растворения протекают преимущественно в направлении перпендикулярном поверхности подложки, а процесс кристаллизации в направлении, параллельном поверхности подложки. В состав жидкой фазы вводится по крайней мере один (или несколько) дополнительный легирующий компонент на стадии подготовки подложки или в процессе термообработки. В процессе термообработки изменяют среднюю температуру процесса, амплитуду, длительность импульсов подводимой мощности и промежутков между ними. Материал, образующий с материалом подложки жидкую фазу, может быть нанесен на плоскую поверхность подложки в окна маскирующего слоя или в углубления на ее поверхности, полученные любым стандартным способом. Способ позволяет получить слои на локальных участках подложки с контролируемым распределением по составу и свойствам (уровню легирования, ширине запрещенной зоны и т.д.) вдоль поверхности слоя. 2 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к полупроводниковой технологии и может быть использовано при производстве полупроводниковых приборов и интегральных схем. Известны способы жидкостной эпитакcии, при которых эпитаксиальная пленка выращивается из жидкой фазы раствора в расплаве при принудительном охлаждении последнего [1] Данный способ не позволяет получить локальные области, т.к. рост пленки происходит по всей поверхности подложки.

Наиболее близким аналогом данного способа является способ локальной жидкостной эпитаксии, который предусматривает формирование на монокристаллической полупроводниковой подложке методом фотолитографии маски из SiO2, нанесение материала, образующего расплав с материалом подложки при последующей термообработке, формирование локальных эпитаксиальных областей при последующем изменении температуры [2] Данным способом невозможно получить слои с контролируемым распределением состава вдоль поверхности слоя на локальном участке монокристаллической подложки.

Техническим результатом изобретения является возможность получения слоев с контролируемым распределением состава вдоль поверхности слоя на локальных участках монокристаллической подложки.

Настоящее изобретение позволяет выращивать эпитаксиальные слои на локальных участках произвольной формы при движении фронта кристаллизации вдоль поверхности подложки. Движение фронта кристаллизации вдоль поверхности подложки позволяет, в свою очередь, управлять составом эпитаксиального слоя либо путем подпитки жидкой фазы в процессе эпитаксии, либо предварительным введением в жидкую фазу одного или нескольких компонентов с различными значениями коэффициентов сегрегации. При этом процесс происходит одновременно для большого количества локальных участков на одной или нескольких подложках, т. е. проводится групповым методом. Кроме того, при проведении процесса эпитакcии средняя температура процесса остается постоянной, т.е. отпадает необходимость достаточно сложной процедуры снижения температуры с постоянной скоростью. Предлагаемый процесс не требует применения устройств для декантации жидкой фазы, применения сложных кассет, что значительно снижает технологичность стандартных процессов жидкостной эпитаксии.

В основе изобретения лежит принципиально новый способ управления потоками кристаллизанта за счет изменения формы колебаний температуры при отсутствии или наличии, в общем случае, градиента температуры, перпендикулярного направлению наращивания эпитаксиального слоя.

Управлением формой колебаний температуры достигается переключение среднего за период потока кристаллизанта от межфазных границ с большей степенью нелинейности зависимости скорости процессов роста и/или растворения к межфазным границам с меньшей степенью нелинейности этих зависимостей или в противоположном направлении. Амплитуда колебаний средней температуры может меняться от достаточно малой (0,01 К.) величины до любых технически достижимых значений. При этом точность поддержания средней температуры процесса особого значения не имеет. При скорости нагрева, превышающей скорость охлаждения, средний за период поток кристаллизанта направлен от плотноупакованных ("нелинейных") участков межфазных границ к участкам межфазной границы, растущим и растворяющимся по линейному закону или с меньшей степенью нелинейности.

П р и м е р. На поверхность пластины полупроводника, ориентированной по плоскости (111) для кремния, германия или по плоскостям (111)А или (111)В для соединений A3B5 или твердых растворов на их основе, любым из известных способов наносится тонкая пленка растворителя, содержащего необходимые легирующие добавки. Предварительно на пластине могут быть с помощью литографии созданы углубления для сохранения планарности окончательной структуры (в этом случае растворитель должен наноситься только в углубления). Остальная поверхность может быть защищена маской или открыта. Пленка растворителя может быть нанесена на предыдущей стадии технологического процесса или после нагревания пластины до температуры эпитаксии. Затем температура пластины повышается до значений, при которых в системе растворитель-подложка может существовать жидкая фаза. Нагрев может производится по монотонному закону изменения температуры во времени или при наличии асимметричных колебаний температуры. Затем любым из способов на среднюю температуру процесса накладываются асимметричные колебания температуры, причем на стадии наращивания пленки скорость нагрева должна превышать скорость охлаждения. (В принципе возможно применение более сложных режимов, включающих стадии обратного соотношения скоростей нагрева и охлаждения, выдержки при постоянной температуре или при симметричных колебаниях температуры). В результате на поверхности или в углублении вырастет пленка, причем рост пленки будет происходить от периферии к центру локальных участков и зависимость состава от координаты будет соответствовать коэффициентам сегрегации и составу жидкой фазы. Остаток растворителя может быть использован в дальнейшем для создания элементов прибора(например, для омических контактов) или погружен в пластину при помощи одностороннего нагрева пластины с тыльной стороны методом термомиграции или зонной перекристаллизации градиентом температуры.

На подложке арсенида галлия, с ориентацией поверхности параллельной плоскости (111), стандартными методами выполнены углубления с плоским дном, глубиной 1 3 мкм и размерами 50 х 300 мкм. Углубления заполнены сплавом (Ga+1% Al). Остальная часть поверхности подложки защищена маской из двуокиси кремния. Подложка подвергается термообработке в атмосфере водорода системой галогеновых ламп, расположенных в одной плоскости параллельно поверхности подложки. Питание ламп производится от импульсного источника тока с регулируемой скважностью. Средняя температура подложки поднимается до 800 900oC. Длительность импульсов тока в 3 7 раз меньше промежутка между импульсами. Частота повторения импульсов 6 12 Гц. Расчетное значение амплитуды колебаний температуры 0,6 0,8oC. Длительность подъема температуры до рабочего значения 10 мин. Выдержка при максимальной температуре 20 мин. Время охлаждения 10 мин. Нагрев односторонний со стороны металлизации. В результате при "быстром" нагревании в течение каждого импульса происходит интенсивное растворение плотноупакованной грани (111) подложки и, одновременно, растворение в направлении, в перпендикулярном направлении. На стадии "медленного" охлаждения процесс кристаллизации на плотноупакованной грани заторможен и все растворенное во время нагревания вещество подложки кристаллизуется только на периферийных участках межфазных границ. При этом закристаллизовавшийся слой будет легирован компонентами жидкой фазы. Так как Al в системе Ga-Al-As имеет коэффициент сегрегации 80 100, его концентрация в процессе перекристаллизации быстро убывает и распределение алюминия в закристаллизовавшейся пленке будет меняться вдоль поверхности. Ширина запрещенной зоны соединения Ga-Al-As зависит от соотношения Ga и Al, поэтому и ширина запрещенной зоны будет зависеть от координаты вдоль поверхности эпитаксиальной пленки. Остаток жидкой фазы собирается вблизи осевой линии.

Формула изобретения

1. Способ локальной жидкостной эпитаксии, включающий локальное нанесение на поверхность монокристаллической подложки, ориентированной по одной из кристаллографических плоскостей с малыми индексами, материала, образующего с материалом подложки жидкую фазу при температуре более низкой, чем температура плавления подложки, нагрев и охлаждение, отличающийся тем, что после нагрева проводят термообработку с колебаниями температуры, при которых соотношение скорости нагревания и охлаждения определяет направление и скорость движения фронта кристаллизации вдоль поверхности подложки.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в состав жидкой фазы предварительно или в процессе термообработки вводят один или несколько легирующих компонентов с различными коэффициентами сегрегации для изменения состава или свойств эпитаксиального слоя вдоль его поверхности.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что амплитуду и/или форму температурных колебаний и/или среднюю температуру в процессе термообработки изменяют.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технологии полупроводниковых материалов и может быть использовано для получения методом жидкофазной эпитаксии (ЖФЭ) двухслойных гетероструктур: арсенид-антимонид-висмутид индия/антимонид индия (InAs1-x-ySbxBiy/InAs1-x-ySbxBiy/InSb) для фотоприемных устройств ИК-диапазона, соответствующего ширине запрещенной зоны (Еg) эпитаксиального слоя (ЭС) менее 0,165 эВ при 77К (или положению края собственного оптического поглощения с>7,5 мкм при 77К)

Изобретение относится к полупроводниковой технологии и может быть использовано при получении приборных структур для микро- и оптоэлектроники с применением жидкофазной эпитаксии

Изобретение относится к полупроводниковой технологии, в частности к созданию карбидкремниевых р-п-структур, которые используют для создания высокотемпературных приборов: выпрямительных диодов, стабилитронов, полевых транзисторов с управляющим р-п-переходом, и позволяет повысить выход годных структур

Изобретение относится к технологии полупроводников, в частности к технологии выращивания полупроводниковых гетероструктур методом жидкофазной эпитаксии, и может быть использовано для получения квантово-размерных периодических структур с супертонкими активными слоями с целью создания на их основе, например, температурно-стабильных лазеров, быстродействующих транзисторов и т.д

Изобретение относится к полупроводниковой технологии и может быть использовано при получении приборных структур для микро- и оптоэлектроники методом жидкостной эпитаксии

Изобретение относится к металлургии полупроводников, а именно к получению однои многослойных полупроводниковых эпитаксиальных структур для полупроводниковой промышленности, и позволяет улучшить морфологию выращиваемых структур, получить локальную эпитаксию, а также получить резкие переходы между выращиваемыми слоями
Изобретение относится к технологии полупроводниковых материалов и может быть использовано при получении приборных структур для микро- и оптоэлектроники с применением жидкостной эпитаксии

Изобретение относится к технологии полупроводников и может быть использовано для получения многослойных эпитаксиальных структур полупроводниковых материалов методом жидкофазной эпитаксии

Изобретение относится к прикладной физике и микроэлектронике и может быть использовано при получении моно- и мультислойных структур низкомолекулярных и высокомолекулярных соединений, преимущественно ограниченно растворимого амфифильного вещества (ОРАФВ) из жидкой фазы

Изобретение относится к способам изготовления полупроводниковых структур из соединений А3В 5 методами эпитаксии

Изобретение относится к области силовой микроэлектронной техники, а более конкретно, к способам изготовления полупроводниковых p-i-n структур из соединений A3B5 методами жидкостной эпитаксии

Изобретение относится к электронной технике, в частности к устройствам для получения многослойных полупроводниковых гетероструктур. Устройство содержит корпус 1 с крышкой 2, контейнер 3 с емкостями для исходных расплавов, снабженный поршнями 4, многосекционный держатель 14 подложек, камеру роста 5 и каналы для подачи и вывода расплавов. Контейнер 3 с емкостями расположен под многосекционным держателем 14 подложек. Крышка 2 снабжена выступами для удаления излишков расплава. Устройство содержит дополнительные емкости 7 для части используемых расплавов, установленные над контейнером 3, каждая из которых снабжена крышкой 8 с грузом и отверстием с возможностью слива расплава в располагающийся ниже основной контейнер 3. Технический результат изобретения состоит в обеспечении подавления нежелательного взаимодействия примесей в разных ростовых расплавах между собой через газовую фазу, что приводит к повышению технических или электрофизических характеристик получаемых структур. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 пр.

Изобретение относится к полупроводниковой технологии, в частности к установкам для выращивания наногетероэпитаксиальных структур методом жидкофазной эпитаксии, и может быть использовано при производстве материалов для полупроводниковых приборов. Изобретение позволяет увеличить производительность установки, улучшить многократное позиционирование подложки при увеличении ее диаметра, обеспечить эпитаксиальное наращивание не только нанослоев, массивов квантовых точек, но и омических контактов различных конфигураций за счет выполнения реактора в виде «креста», внутри горизонтальной части которого, вдоль его оси, перемещается кассета с расположенными на ней емкостями с различными растворами-расплавами, контейнерами с подложками и контейнерами для складирования наноструктур для их поочередного совмещения с цилиндром. В вертикальной части реактора, через центр нижней крышки реактора, проходит шток, перемещающий контейнеры из кассеты к нижнему основанию цилиндра для закрепления подложек при создании вакуума внутри цилиндра, с последующим отделением наноструктур в контейнер при поступлении водорода вовнутрь цилиндра. Перемещение штоком из кассеты емкостей приводит к созданию ростовой камеры, образованной рабочей поверхностью подложки, внутренней поверхностью нижнего основания цилиндра и поверхностью насыщенного раствора-расплава, проходящего через отверстия плавающей пластины заданной формы с различной конфигурацией отверстий. Через центр верхней крышки реактора проходит шток внутри цилиндра, перемещающий теплоноситель от теплоемкости с постоянной температурой и теплоемкости в виде кольца с индукционным импульсным нагревом до тыльной поверхности подложки. 1 ил.

Изобретение относится к области силовой микроэлектронной техники, а более конкретно к способам изготовления полупроводниковых p-i-n структур из соединений А3В5 методами жидкостной эпитаксии. В способе единовременного получения p-i-n структуры GaAs, имеющей р, i и n области в одном эпитаксиальном слое, в ходе процесса эпитаксии при выращивании высокоомной i-области, ограниченной с двух сторон слаболегированными р-- и n--областями, предложено использовать разработанный режим охлаждения, позволяющий без дополнительного увеличения ростового зазора между подложками сформировать необходимый профиль распределения концентрации носителей в базовой области структуры. Технический результат, достигаемый при реализации разработанного способа, состоит в снижении прямого падения напряжения GaAs p-i-n структуры при одновременном уменьшении величины времени обратного восстановления. 1 табл., 1 ил.

Изобретение относится к электронной технике, в частности к способам получения методом жидкофазной эпитаксии многослойных полупроводниковых структур. При реализации способа используют герметичную ростовую камеру с раствором-расплавом, в которой закрепляют попарно группу подложек. При этом применяют стационарную камеру роста с переменной шириной ростового канала по высоте с определенным углом отклонения от вертикали ϕ. Технический результат, достигаемый при реализации разработанного способа, состоит в обеспечении компенсации нежелательного массопереноса основного кристаллообразующего компонента - мышьяка в вертикальном направлении, что приводит к повышению однородности толщины эпитаксиальных слоев по площади структуры и, соответственно, основных технических или электрофизических характеристик получаемых эпитаксиальных структур. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 пр., 2 табл.
Изобретение относится к области микроэлектронной техники, а более конкретно к способам изготовления многослойных полупроводниковых структур в системе AlGaAs методом жидкофазной эпитаксии (ЖФЭ). Метод ЖФЭ применяют для изготовления оптоэлектронных приборов и приборов силовой электроники. При реализации разработанного способа выращивают дополнительный слой AlxGa1-xAs состава 0,85≤x≤0,95 после формирования последнего функционального слоя гетероструктуры с последующим удалением дополнительного слоя путем химического селективного травления. Технический результат, получаемый при реализации разработанного способа, состоит в улучшении электрофизических параметров эпитаксиальных структур, выращенных методом ЖФЭ, при одновременном исключении прецизионной дополнительной операции по удалению избыточной толщины функционального слоя.

Использование: для изготовления полупроводниковых p-i-n структур на основе системы GaAs-GaAlAs методами жидкостной эпитаксии. Сущность изобретения заключается в том, что способ включает выращивание в едином технологическом цикле многослойной полупроводниковой структуры GaAs-GaAlAs, сформированной из композиции трех последовательных эпитаксиальных слоев GaAs или GaAlAs на подложке GaAs р+-типа проводимости, состоящей из буферного слоя р-типа проводимости, рабочего высокоомного p--i-n--слоя и контактного n+-слоя, причем буферный р-слой выращивают в виде трехкомпонентной системы Ga1-xAlxAs, где х=0.36-0.40, с концентрацией носителей в интервале 1⋅1017-5⋅1017 см-3, контактный n-слой легируют до концентрации носителей в интервале 2⋅1018-5⋅1018 см-3 при толщине в интервале 120-150 мкм, а после окончания эпитаксиального наращивания слоев и отмывки структур от остатков раствора-расплава производят операцию селективного полного химического удаления подложки GaAs р-типа проводимости. Технический результат: обеспечение возможности снижения прямого падения напряжения при заданном токе, уменьшения тепловых потерь, снижения обратных токов утечки при повышенных температурах окружающей среды, повышения рабочей температуры диода, увеличения рабочей плотности тока, уменьшения размеров чипа, повышения процента выхода годного. 2 табл.
Наверх