УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ СТРУКТУР Российский патент 2001 года по МПК C30B23/02 C30B25/02 

Изобретение относится к области технологии полупроводниковых материалов и приборов, а более конкретно к устройствам для нанесения тонких пленок полупроводниковых соединений и твердых растворов на их основе.

Технической задачей, решаемой данным изобретением, является создание конструкции контейнера, обеспечивающего увеличение производительности и дающего возможность создания чередующихся слоев разного состава.

Известна конструкция контейнера для формирования пленок из паровой фазы.

Пак Чжон Ун. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата наук. Легирование пленок теллурида свинца индием при их получении из газовой фазы. - Л., ЛЭТИ, 1989 г.

Контейнер состоит из основной кварцевой ампулы и двух дополнительных ампул. Конструкция позволяет выращивать легированные пленки из газовой фазы с использованием двух дополнительных источников пара 1,2 с собственным компонентом 3 и с легирующей примесью 4. Наличие двух дополнительных источников пара позволяет, с одной стороны, регулировать состав растущих пленок путем задания различных температур источника пара собственного компонента. С другой стороны, имеется возможность управлять концентрацией примеси в пленке, задавая температуру источника пара легирующего компонента.

Конструкция реактора для выращивания пленок и легирования их в процессе роста представлена на фиг. 1.

Недостатками данной конструкции (аналога) является инертность нагревательной системы, позволяющая формировать требуемое распределение собственных дефектов и примесей по их толщине; нет возможности полного исключения взаимного влияния и загрязнения источников дополнительных компонентов; нет возможности исключить взаимное влияние меняющихся температур отдельных источников друг на друга, что усложняет процесс управления температурами во время формирования тонких слоев; неэкономичность данного способа, так как конструкция не позволяет собирать несконденсированную часть пара и он уходит через вакуумную систему в атмосферу окружающей среды.

Недостатки данной конструкции значительно уменьшены в конструкции контейнера (прототип) для выращивания полупроводниковых тонких пленок. Контейнер состоит из основной и дополнительных ампул, предназначенных для размещения дополнительных источников пара (заявка Японии JP 1-197386, кл. C 30 B 23/02, пуб. 09.08.1989).

Недостатками прототипа является наличие отдельных источников тепла на дополнительных ампулах, создающих поперечный градиент температуры вдоль кварцевого шлифа, сложность рабочей конструкции и малой производительности контейнера.

Целью настоящего изобретения является увеличение производительности контейнера, устранение поперечного градиента температуры вдоль кварцевого шлифа, упрощение конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что контейнер на фиг. 2, как и известное техническое решение, содержит дополнительную ампулу 1. В отличие от прототипа в дополнительной ампуле предлагаемого контейнера выполнены изолированные друг от друга камеры А и В с отверстиями, расположенными с возможностью размещения между ними нагревателя 2, а в основной ампуле 3, предназначенной для размещения в ней подложек 4, выполнена внутренняя полость 5 с отверстием. Диаметр внутренней полости 5 на основной ампуле 3 равен внешнему диаметру дополнительной ампулы 1. Ампула 1 и полость 5 плотно пришлифованы друг к другу. Причем дополнительная ампула закреплена на основной ампуле с возможностью вращения таким образом, что отверстие, выполненное во внутренней полости, находится на одной высоте с отверстиями в камерах A и B.

Камеры А и В обеспечивают раздельное размещение двух различных источников пара. Для исключения смешивания паров разных составов в процессе выращивания перегородка, разделяющая камеры A и B, должна быть герметично приварена к стенкам дополнительной ампулы.

Внутренняя полость 5 и пришлифованная к ней дополнительная ампула 1 необходимы, чтобы обеспечить возможность совмещения отверстия на ней с отверстиями в камере А и В в процессе выращивания и управления потоком паров в зону конденсации. Ленточным нагревателем 6 задается равномерное распределение температуры по внешнему диаметру основной ампулы 3. От диаметра основной ампулы зависит количество размещенных подложек по периметру.

Докажем, что заявляемая совокупность признаков достаточна для достижения поставленной цели и обеспечения возможности управляемого поступления пара из камер A и B в зону конденсации. Исходное состояние контейнера - вертикальное положение, когда отверстие в основной ампуле находится между двумя отверстиями камер A и B. Если вращать ампулу 1 в ту или иную сторону, то можно совместить отверстия в камерах A или B с отверстием внутренней полости 5. С помощью совмещенных отверстий можно вырастить нужной толщины слой одного состава, в зависимости от того, с какой камерой сообщается зона роста в данный момент, с A или B.

После формирования нужного слоя следует вернуть ампулу 1 в исходное положение и остановить поток пара. Для обеспечения подачи пара другого состава производят поворот до совмещения отверстия другой камеры с отверстием внутренней полости основной ампулы. При необходимости можно повторить предыдущую операцию.

Таким образом, заявляемая совокупность элементов достаточна для поочередного поступления пара разного состава в зону кристаллизации и достижения поставленной цели, то есть увеличения количества размещенных подложек в зоне конденсации.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1 - фиг. 3:
- На фиг. 1 представлено известное техническое решение.

- На фиг. 2 представлена конструкция предлагаемого устройства для формирования многослойных структур.

Пример. Контейнер для выращивания полупроводниковых слоев.

Предлагаемый контейнер применяли в лабораторных условиях для выращивания слоев Pb_1-xSn_xSe с изменяющимся типом проводимости. В качестве исходных компонентов использовали соединение PbSe и твердый раствор Pb_0,9Sn_0,1Se. Значение температуры пара задавали нагревателем 2, так чтобы соответствующее значение давления паров было равным 10^-2 мм рт.ст. Загрузку материала осуществляли через отверстия в камерах A и B. Затем основную ампулу переводили в положение, соответствующее исходному. В основной ампуле через плотно пришлифованную крышку - смотровое окно 7 - закрепили подложки по периметру основной ампулы 3. Всю конструкцию поместили в тепловой узел в подколпачном устройстве. После этого под колпаком создавали вакуум до остаточного давления 5•10^-7 мм рт. ст. В подколпачном устройстве был предусмотрен герметичный шток, позволяющий вращать, поднимать и опускать дополнительную ампулу 1 относительно внутренней полости основной ампулы на шлифе, жестко закрепленном в подколпачной системе.

Регулирование температуры осуществляли с помощью высокоточного регулятора температуры ВРТ-3. Формирование слоев проводили следующим образом: из первоначального исходного положения дополнительную ампулу 1 опускали на подвижном штоке на 1 см и вакуумировали внутренний объем камер А и В дополнительной ампулы в течение 15 минут. Затем возвращали ее в исходное положение. Задавали нужную температуру состава Pb-Sn-Se нагревателем 2. После этого поворачивали дополнительную ампулу до совмещения отверстия камеры с Pb-Sn-Se с отверстием внутренней полости. Конденсацию проводили в течение 30 минут. Затем разворачивали основную ампулу в обратном направлении до исходного положения. После задержки в исходном положении в течение 5 минут устанавливали нужную температуру Pb-Se нагревателем 2 и поворачивали дополнительную ампулу 1 до совмещения отверстия камеры с PbSe с отверстием внутренней полости. Конденсацию проводили в течение 30 минут. Выращенные слои имели разную толщину из-за разной адгезии подложки. Первый слой выращивали на плавленном кварце, а второй - на сформированном слое.

Устройство для формирования многослойных структур относится к области технологии полупроводниковых материалов и приборов, а более конкретно к устройствам для нанесения тонких пленок полупроводниковых соединений и твердых растворов на их основе. Технической задачей, решаемой данным изобретением, является создание конструкции контейнера, обеспечивающего увеличение производительности и дающего возможность создавать чередующиеся слои разного состава. Устройство для формирования многослойных структур состоит из основной кварцевой ампулы и двух дополнительных ампул, с помощью которых осуществляется выращивание легированных пленок из газовой фазы с использованием двух дополнительных источников пара, один с собственным компонентом, другой с легирующей примесью. Предлагаемое устройство от прототипа отличается тем, что оно содержит изолированные друг от друга камеры с отверстиями, расположенные с возможностью размещения между ними нагревателя, а в основной камере с возможностью размещения в ней подложек выполнена внутренняя полость с отверстием. Технический результат - заявляемая совокупность элементов достаточна для поочередного поступления пара разного состава в зону кристаллизации и достижения поставленной цели. 2 ил.

Устройство для формирования многослойных структур, включающее основную и дополнительную ампулы, позволяющее выращивать легированные пленки из газовой фазы с использованием двух дополнительных источников пара, отличающееся тем, что дополнительная ампула содержит изолированные друг от друга камеры с отверстиями для источников пара с собственным компонентом и легирующей примесью, расположенные с возможностью размещения между ними нагревателя, а в основной ампуле с возможностью размещения в ней подложек выполнена внутренняя полость с отверстием, причем дополнительная ампула закреплена на основной с возможностью вращения таким образом, чтобы обеспечить совмещение этого отверстия с отверстиями в камерах.