Сублимационный источник напыляемого материала для установки молекулярно-лучевой эпитаксии

Изобретение относится к технологическому оборудованию для нанесения полупроводниковых материалов на подложку эпитаксиальным наращиванием и может быть использовано при изготовлении различных полупроводниковых приборов микро- и оптоэлектроники. Сущность изобретения: сублимационный источник напыляемого материала для установки молекулярно-лучевой эпитаксии включает носитель напыляемого материала, закрепленный на токовводах, при этом конец каждого токоввода содержит пластину, в которой выполнено отверстие, а носитель выполнен в виде бруска с суженными концами и установлен суженными концами в отверстиях, выполненных в пластинах. Техническим результатом, достигаемым при использовании настоящего изобретения, является упрощение изготовления и снижение расхода материала на изготовление испаряемого элемента при увеличении его размеров с обеспечением высокой чистоты и высокой плотности формируемого потока испаряемого материала, а также предотвращение разрушения и обеспечение простоты замены испаряемого элемента. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к технологическому оборудованию для нанесения полупроводниковых материалов на подложку эпитаксиальным наращиванием и может быть использовано при изготовлении различных полупроводниковых приборов микро- и оптоэлектроники.

Необходимым условием получения полупроводниковых слоев с совершенной кристаллической структурой и контролируемыми электрофизическими параметрами является предотвращение загрязнений слоев в процессе их выращивания. Неконтролируемые примеси увеличивают плотность дефектов кристаллической структуры в слоях, снижают удельное сопротивление, время жизни и подвижность носителей заряда, ухудшают свойства приборов, изготовленных на их основе.

В настоящее время в установках молекулярно-лучевой эпитаксии для испарения напыляемого материала на подложку используют резистивный нагрев, нагрев напыляемого материала до высокой температуры и испарение его из расплава в тигле и нагрев с помощью электронно-лучевой пушки.

Сублимация напыляемого материала путем резистивного нагрева в вакууме обладает рядом преимуществ перед другими методами напыления. При испарении кремния из расплава в парах кремния содержатся многоатомные молекулы, что затрудняет рост совершенных по структуре слоев, т.к. их встраивание в решетку кристалла приводит к формированию дефектов. К тому же в установках напыления, основанных на испарении материала из расплава в тигле, нагрев настолько интенсивен, что радиационно нагреваются даже стенки камеры и требуется использование откачки камеры до сверхвысокого вакуума (~ 10-10 Торр). Это затрудняет получение чистых слоев. Испарение с помощью электронно-лучевой пушки часто сопровождается "выплескиванием" материала из расплава, что приводит к образованию дефектов в эпитаксиальных слоях. Малые изменения в характеристиках электронно-лучевого испарения могут вызвать существенные изменения в скорости испарения. Это требует дополнительного контроля с использованием обратной связи.

Сублимационные источники создают, как правило, атомарный поток частиц, формируют чистый поток атомов и они достаточно просты по конструкции. Эти источники позволяют выращивать легированные слои, а высокая стационарность потока атомов примеси достигается через определенное время после начала сублимации, что является важным обстоятельством при выращивании однородно легированных по толщине слоев.

Основной составной частью сублимационных источников является закрепленный на токовводах испаряемый элемент из напыляемого материала. Токовводы выполнены из тугоплавкого материала (молибден, вольфрам, тантал) и подключены к источнику тока, обеспечивающему нагрев испаряемого элемента проходящим через него электрическим током до температуры, близкой к температуре плавления материала, например источник кремния, температура плавления которого равна 1420°С, нагревают до температуры ≈ 1380°С.

Широко известны сублимационные источники, в которых испаряемые элементы выполнены в виде нити. Для предотвращения чрезмерного нагрева контакта в токовводах с испаряемым элементом во время испарения последний может быть в виде нити с утолщениями на концах и укреплен сваркой на токовводах, подключенных к источнику стабилизации тока (например, Review of Scientific Instruments, 1963, V.34, №1, P.11-12).

Существенными недостатками источников с испаряемыми элементами в виде нити является небольшой размер последней и, как следствие, очень малая скорость потока испаряемого материала, а также сложность изготовления нити.

Увеличение размеров испаряемого элемента приводит, к тому же, к усложнению его крепления и небходимости решать задачу обеспечения чистоты формируемого потока атомов напыляемого материала, поскольку источниками загрязнения изготовляемых слоев являются не только разогретые детали камеры роста установки, но и нагреваемый электрическим током крепеж испаряемого элемента.

Другой задачей при увеличении размеров испаряемого элемента является обеспечение его равномерного нагрева, поскольку неравномерный нагрев приводит к неоднородной интенсивности потока напыляемого материала и, следовательно, к плохому качеству изготовляемых эпитаксиальных слоев.

Известен источник, в котором для повышения интенсивности потока напыляемого материала увеличивают число нитей. Источник содержит множество нитей (полосок) из напыляемого материала, которые образованы выполнением на монокристаллической пластине прорезей, разделяющих пластину на множество электрически соединенных нитей (US 4550047 А, 1985-10-29). Прорези изготавливают методом ультразвуковой резки или химическим травлением, электрический контакт достигается напылением тантала на контактные области.

К числу недостатков данной конструкции относятся необходимость напыления дополнительного слоя металла на концы источника и трудность его изготовления.

В качестве ближайшего аналога заявляемому сублимационному источнику выбран источник напыляемого материала для установки молекулярно-лучевой эпитаксии фирмы MBE-Komponenten GmbH (Operating Instructions Silicon Sublimation Source SUSI, 2006, p.6). Источник содержит П-образный испаряемый элемент, закрепленный на токовводах в виде пластин с помощью винтов. Рабочей частью элемента является центральная, а утолщенные боковины служат для крепления элемента на токовводах. Испаряемый элемент расположен в цилиндрическом экране из высокочистого кремния.

Недостатком этого источника является трудность изготовления испаряемого элемента сложного профиля и нерациональное расходование дорогостоящего материала на его изготовление, особенно при переходе к большим размерам, необходимым для повышения скорости и плотности формируемого потока испаряемого материала. Кроме того, крепление испаряемого элемента винтом к токовводу сопряжено с ухудшением электрического контакта, особенно при нагреве до температур, близких к температуре плавления испаряемого материала.

Техническим результатом, достигаемым при использовании настоящего изобретения, является упрощение изготовления и снижение расхода материала на изготовление испаряемого элемента при увеличении его размеров с обеспечением высокой чистоты и высокой плотности формируемого потока испаряемого материала, а также предотвращение разрушения и обеспечение простоты замены испаряемого элемента.

Технический результат достигается тем, что сублимационный источник напыляемого материала для установки молекулярно-лучевой эпитаксии, включающий носитель напыляемого материала, закрепленный на токовводах, характеризуется тем, что конец каждого токоввода содержит пластину, в которой выполнено отверстие, а носитель выполнен в виде бруска с суженными концами и установлен суженными концами в отверстиях, выполненных в пластинах.

Целесообразно, по меньшей мере, часть каждого токоввода выполнить с полостью, соединенной с источником проточной воды.

Сублимационный источник схематично изображен на фиг.1 и 2.

Источник содержит испаряемый элемент 1 в виде бруска прямоугольного, круглого или иного сечения, оба конца 2 и 3 которого сужены и имеют площадь поперечного сечения меньше площади поперечного сечения его остальной части. Концы 2 и 3 могут иметь любую геометрию, в изображенном варианте сублимационного источника концы испаряемого элемента 1 заточены на конус.

Элемент 1 концами 2 и 3 вставлен в отверстия, выполненные на концевых участках пластин 4 и 5, разнесенных на расстояние, меньшее длины элемента 1, при этом диаметр каждого отверстия позволяет ввести в них лишь суженные концы 2 и 3 элемента 1.

Пластины 4 и 5 являются частью токоподводящего средства установки, включающей также массивные токовводы 6 и 7, и выполнены из тугоплавкого материала, как концевые детали токовводов 6 и 7.

Поскольку пластины 4 и 5 и токовводы 6 и 7 являются источниками загрязняющих примесей, необходимо снижать их температуру. С этой целью, по меньшей мере, часть токовводов 6 и 7 целесообразно выполнить с полостью (не приведена) и соединить ее с источником проточной воды (не приведена).

Концевые участки пластин 4 и 5, свободные в момент сборки источника, допускают угловое смещение их относительно друг друга на некоторое расстояние, позволяя тем самым вставить между ними элемент 1. Таким образом обеспечивается закрепление элемента 1 без использования дополнительных крепежных элементов.

Подвижность концов пластин 4 и 5 дает возможность предотвратить деформацию испаряемого элемента 1, вызываемую тепловым расширением, и, следовательно, предотвратить его разрушение, а также сохранить фиксированным расстояние между элементом 1 и напыляемой подложкой (не приведена), тем самым сохраняя скорость осаждения напыляемого слоя на подложку. Кроме того, это обеспечивает надежный электрический контакт между элементом 1 и пластинами 4 и 5 за счет необходимого для этой цели усилия поджатия.

В момент подачи питания для разогрева элемента 1 пропусканием тока в области соприкосновения его с пластинами 4 и 5 между ними образуется стабильный электрический контакт всей окружности отверстий, в которые вставлены концы 2 и 3 элемента 1. При этом ток протекает по внутренней части элемента 1, что при высоких температурах исключает подплав элемента 1, который может привести к выходу его из рабочего состояния. Протекание электрического тока по внутренней части источника приводит также к равномерному нагреву всей поверхности источника и способствует постоянной плотности потока напыляемого материала.

Таким образом, заявляемый источник прост по конструкции, технологически прост в изготовлении и имеет низкий расход материала на его изготовление, поскольку весь испаряемый материал с элемента 1 используется для формирования потока частиц при создании полупроводниковых структур. Крепление элемента 1 снижает риск его разрушения и обеспечивает простоту его замены.

Заявляемый источник обеспечивает высокую чистоту и высокую интенсивность формируемого потока испаряемого материала, его использование позволяет получать эпитаксиальные слои с минимальной плотностью дефектов кристаллической структуры.

1. Сублимационный источник напыляемого материала для установки молекулярно-лучевой эпитаксии, включающий носитель напыляемого материала, закрепленный на токовводах, отличающийся тем, что конец каждого токоввода содержит пластину, в которой выполнено отверстие, а носитель выполнен в виде бруска с суженными концами и установлен суженными концами в отверстиях, выполненных в пластинах.

2. Сублимационный источник по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, часть токовводов выполнена с полостью, соединенной с источником проточной воды.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к солнечным элементам и к новому использованию тетрахлорида кремния. .

Изобретение относится к устройству и способу управления температурой поверхности, по меньшей мере, одной подложки, лежащей в технологической камере реактора CVD. .

Изобретение относится к технологии получения пленок нитрида алюминия. .

Изобретение относится к способу и устройству плазменного осаждения полимерных покрытий. .

Изобретение относится к области полупроводникового приборостроения и может быть использовано преимущественно для изготовления высокотемпературных датчиков физических величин.

Изобретение относится к области полупроводниковой техники и может быть использовано при изготовлении таких приборов как, например, гетеропереходные полевые транзисторы (НЕМТ), биполярные транзисторы (BJT), гетеробиполярные транзисторы (НВТ), p-i-n диоды, диоды с барьером Шотки и многие другие.

Изобретение относится к полупроводниковым структурам, полученным на полупроводниковой подложке с пониженной плотностью пронизывающих дислокаций. .

Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых материалов и может быть использовано при создании полупроводниковых приборов. .
Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления транзисторов со структурой кремний - на - изоляторе, с низкой плотностью дефектов.

Изобретение относится к устройству для каталитического химического осаждения из паровой фазы и может быть использовано для формирования пленки на подложке

Изобретение относится к сфере производства гетероэпитаксиальных структур, которые могут быть использованы в технологии изготовления элементов полупроводниковой электроники, способных работать в условиях повышенных уровней радиации и высоких температур. Гетероэпитаксиальную полупроводниковую пленку на монокристаллической подложке кремния выращивают методом химического осаждения из газовой фазы. Проводят синтез гетероструктуры SiC/Si на монокристаллической подложке кремния в горизонтальном реакторе с горячими стенками путем формирования переходного слоя между подложкой и пленкой карбида кремния со скоростью не более 100 нм/ч при нагреве упомянутой подложки до температуры от 700 до 1050°C с использованием газовой смеси, содержащей 95-99% водорода и в качестве источников кремния и углерода SiH4, C2H6, С3Н8, (CH3)3SiCl, (CH3)2SiCl2, при этом C/Si≥2, и формирования монокристаллической пленки карбида кремния с помощью подачи в реактор парогазовой смеси водорода и CH3SiCl3 при поддержании в реакторе абсолютного давления в диапазоне от 50 до 100 мм рт.ст. В качестве подложки кремния используют пластину, имеющую угол наклона относительно кристаллографического направления (111) в направлении (110) от 1 до 30 угловых градусов и в направлении (101) от 1 до 30 угловых градусов. Обеспечивается улучшение совместимости двух материалов слоя карбида кремния и подложки кремния с различным периодом кристаллических решеток, при этом понижаются механические напряжения в гетероструктуре и получаются более низкие плотности дефектов в слое карбида кремния. 6 н.п. ф-лы, 4 ил., 3 пр.

Группа изобретений относится к полупроводниковым материалам. Способ (вариант 1) включает обеспечение реакционной камеры, обеспечение полупроводниковой подложки, обеспечение прекурсорного газа или газов, выполнение эпитаксиального CVD выращивания легированного полупроводникового материала на подложке в реакционной камере для формирования первого слоя, продувку реакционной камеры газовой смесью, включающей водород и газ, содержащий галоген, с обеспечением уменьшения эффекта памяти легирующей примеси без удаления сопутствующего осажденного слоя из зоны реакции и выполнение эпитаксиального CVD выращивания легированного полупроводникового материала на указанной подложке в реакционной камере для формирования второго слоя. Полупроводниковое устройство содержит полупроводниковый материал, полученный упомянутым способом. Способ (вариант 2) включает введение новой полупроводниковой подложки в указанную реакционную камеру после выполнения указанного процесса продувки и выполнение эпитаксиального CVD выращивания легированного полупроводникового материала на указанной новой полупроводниковой подложке. Обеспечивается воспроизводимость электрических свойств при выращивании полупроводниковых материалов. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл., 1 пр.

Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых материалов и может быть использовано при создании полупроводниковых приборов. Изобретение позволяет упростить технологию получения применением одной поликристаллической мишени, улучшить качество пленок за счет высокой адгезии. Способ получения гетероэпитаксиальных пленок карбида кремния на кремниевой подложке включает получение пленки на поверхности подложки ионно-плазменным магнетронным распылением одной поликристаллической мишени карбида кремния при нагреве подложки до температуры 950-1400°C в атмосфере Ar. 3 ил.

Изобретение относится в технологии производства пленок карбида кремния на кремнии, которые могут быть использованы в качестве подложек или функциональных слоев при изготовлении приборов полупроводниковой электроники, работающих в экстремальных условиях - повышенных уровнях радиации и температур. Техническим результатом изобретения является превращение технологического процесса в одну технологическую операцию с изменением технологической среды ее проведения, а также возможность получения толстых слоев 3C-SiC. В способе плазменного формирования пленок кубического карбида кремния на кремнии очистку поверхности кремниевой пластины, формирование слоя нанопористого кремния и осаждение слоя 3C-SiC проводят в одной технологической операции в несколько стадий - очистку поверхности и формирование слоя нанопористого кремния проводят с помощью СВЧ плазменной очистки и травления поверхности кремниевой пластины с использованием газов CF4 и O2, а осаждение слоя 3C-SiC проводят с помощью СВЧ плазменного синтеза с использованием газов SiF4 (SiH4), CF4 и Н2, все технологические операции проводят в СВЧ плазме пониженного давления 1·10-4÷10 Торр, температуре предметного столика 600÷250°C и его электрическом смещении от минус 10 В до минус 300 В.

Изобретение относится к области микроэлектроники и может быть использовано в производстве эпитаксиальных структур полупроводниковых соединений А3В5 и соединений А2В6 методом химического газофазного осаждения из металлоорганических соединений и гидридов. В способе получения эпитаксиального слоя бинарного полупроводникового материала на монокристаллической подложке посредством металлоорганического химического осаждения из газовой фазы используют реактор с круглой, относительно центральной вертикальной оси реакционной камерой, горизонтально расположенный подложкодержатель, установленный в реакционной камере с возможностью вращения относительно упомянутой оси, круглый экран, установленный в упомянутой реакционной камере на расстоянии приблизительно 15÷40 миллиметров над упомянутым подложкодержателем и имеющий больший диаметр, нежели упомянутый подложкодержатель, в котором поддерживают предварительно заданную температуру равномерно вращающегося подложкодержателя, по меньшей мере, два реакционных газа раздельно подают в различные радиальные секторы реакционной камеры, при этом, реакционные газы и транспортный газ подают таким образом, чтобы обеспечить течение их в радиальном направлении внутри реакционной камеры с равной скоростью на одном диаметре во всех ее секторах. Технический результат - улучшение качества гетероэпитаксиальных структур. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к электронной технике. Способ изготовления полупроводниковой гетероструктуры для мощного полевого транзистора СВЧ включает расположение предварительно обработанной монокристаллической полуизолирующей подложки арсенида галлия на подложкодержатель в реакторе газофазной эпитаксии, запуск газа-носителя - водорода, нагрев подложкодержателя до рабочей температуры, запуск ростовых технологических газов и последующее наращивание в едином технологическом цикле последовательности слоев заданной полупроводниковой гетероструктуры. Каждый из последовательности слоев заданной полупроводниковой гетероструктуры - буферный слой GaAs, донорный слой n+-GaAs, спейсерный слой GaAs, канальный слой InyGa1-yAs, спейсерный слой AlxGa1-xAs, донорный слой n+-AlxGa1-xAs, барьерный слой AlxGa1-xAs, стоп-слой InzGa1-zP, барьерный слой AlxGa1-xAs, градиентный слой n+-AlxGa1-xAs, контактный слой n+-GaAs - наращивают при определенных технологических режимах, причем содержание химических элементов x, y, z определяются неравенствами 0,20≤x≤0,24, 0,21≤y≤0,28, 0,48≤z≤0,51 соответственно. Изобретение обеспечивает снижение плотности дефектов и повышение выхода годных полупроводниковых гетероструктур, повышение выходной мощности и выхода годных полевого транзистора СВЧ. 5 табл.

Изобретение относится к технологии получения монокристаллического, полученного химическим осаждением из газовой фазы (ХОГФ), синтетического алмазного материала, который может быть использован в качестве квантовых датчиков, оптических фильтров, частей инструментов для механической обработки и исходного материала для формирования окрашенных драгоценных камней. Алмазный материал имеет общую концентрацию азота непосредственно после выращивания, равную или превышающую 5 ч./млн, и однородное распределение дефектов, которое определяется одной или более из следующих характеристик: (i) общая концентрация азота, когда она отображается масс-спектрометрией вторичных ионов (МСВИ) по площади, равной или превышающей 50×50 мкм, используя область анализа 10 мкм или менее, обладает поточечной вариацией менее чем 30% от среднего значения общей концентрации азота, или когда она отображается посредством МСВИ по площади, равной или превышающей 200×200 мкм, используя область анализа 60 мкм или менее, обладает поточечной вариацией менее чем 30% от среднего значения общей концентрации азота; (ii) концентрация азотно-вакансионных дефектов (NV) непосредственно после выращивания равна или превышает 50 ч./млрд при измерении с использованием замеров УФ-видимого поглощения при 77 К, где азотно-вакансионные дефекты однородно распределены по алмазному материалу так, что при возбуждении с использованием источника лазерного излучения с длиной волны 514 нм с размером пятна равным или меньше чем 10 мкм при комнатной температуре с использованием 50 мВт лазера, работающего в непрерывном режиме, и отображаемая по площади, равной или превышающей 50×50 мкм, с интервалом данных менее 10 мкм, имеется низкая поточечная вариация, где отношение площадей интенсивностей азотно-вакансионных пиков фотолюминесценции между областями высокой интенсивности фотолюминесценции и областями низкой интенсивности фотолюминесценции составляет менее 2 для либо пика фотолюминесценции (NV0) при 575 нм, либо пика фотолюминесценции (NV-) при 637 нм; (iii) вариация в рамановской интенсивности такова, что при возбуждении с использованием источника лазерного излучения с длиной волны 514 нм (приводящему к рамановскому пику при 552,4 нм) с размером пятна, равным или меньше чем 10 мкм, при комнатной температуре с использованием 50 мВт лазера, работающего в непрерывном режиме, и отображаемая по площади, равной или превышающей 50×50 мкм, с интервалом данных менее 10 мкм, имеется низкая поточечная вариация, где отношение площадей рамановских пиков между областями низкой рамановской интенсивности и высокой рамановской интенсивности составляет меньше 1,25; (iv) концентрация азотно-вакансионных дефектов (NV) непосредственно после выращивания равна или превышает 50 ч./млрд при измерении с использованием замеров УФ-видимого поглощения при 77 К, где при возбуждении с использованием источника лазерного излучения с длиной волны 514 нм с размером пятна, равным или меньше чем 10 мкм, при 77 К с использованием 50 мВт лазера, работающего в непрерывном режиме, интенсивность при 575 нм, соответствующая NV0, превышает более чем в 120 раз рамановскую интенсивность при 552,4 нм, и/или интенсивность при 637 нм, соответствующая NV-, превышает более чем в 200 раз рамановскую интенсивность при 552,4 нм; (v) концентрация одиночных азотных дефектов замещения (Ns) равна или превышает 5 ч./млн, где одиночные азотные дефекты замещения однородно распределены по монокристаллическому, полученному ХОГФ, синтетическому алмазному материалу, так что используя характерное инфракрасное поглощение при 1344 см-1 и делая выборку площади больше чем площадь 0,5 мм2, вариация, выведенная делением стандартного отклонения на среднее значение, составляет менее 80%; (vi) вариация в интенсивности красной люминесценции, определенная посредством стандартного отклонения, разделенного на среднее значение, составляет менее 15%; (vii) среднее стандартное отклонение в концентрации нейтрального одиночного азота замещения составляет менее 80%; и (viii) интенсивность окраски, измеренная с использованием гистограммы изображения, полученного микроскопией, со средним уровнем яркости больше чем 50, где интенсивность окраски является однородной по монокристаллическому синтетическому алмазному материалу, так что вариация в сером цвете, характеризующаяся стандартным отклонением уровня яркости, разделенным на среднее значение уровня яркости, составляет менее 40%. Алмазный материал имеет высокое и однородное распределение общих азотных дефектов, одиночных азотных дефектов замещения Ns, азотно-вакансионных дефектов NV, не имеет полосчатости в условиях фотолюминесценции. Однородность достигается по всему алмазному материалу, выращенному в ходе одного цикла и от цикла к циклу выращивания. 19 з.п. ф-лы, 8 ил., 5 табл.

Изобретение относится к технологическому оборудованию для нанесения полупроводниковых материалов на подложку эпитаксиальным наращиванием и может быть использовано при изготовлении различных полупроводниковых приборов микро- и оптоэлектроники

Наверх