Устройство для выращивания эпитаксиальных структур из газовой фазы Советский патент 1978 года по МПК H01L21/20 

I

Изобретение относится к обпасгн аырашивания эпитаксиапьных структур из газовой фазы и может быть испопьзовано дпя выращивания как многоспойных и пдноспойных полупроводникоыз1х струкгур, так и попу11роводниковсЛ сверхрешетки.

Известно устройство дая выращивания попупроводниковой решетки из газовой фазы .ij.

Внутри реакционной камеры на штоке закреплен держатель пвдпожки. На держагепе подповкки размешается подложка из арсенида гаппия, В верхней части реакционной камеры находится резервуар с гаппием. С наружной стороны реакциовной камеры установлена печь для подогр ва подпожк и печь апя подогрева зоны, где размещен резервуар с гаягшем. Б качестве источников испопьзуют газообразную смесь хпорида галгшя, арсиНа я фоофина, состав которой над поверхностью подложки изменяется клапанами, устано&пенными на газсшроводах.

Диаметр реакционного объема камеры, в которой быпи получены положительные

результаты равен 15 мм. Установка с таким диаметром камеры обладает очень мапой производительностью, так как в ней за один процесс можно получить одну структуру диаметром окопо 10 мм.

Наиболее близким к изобрете шю техническим решением является устройство, KOTCjpoe содеркит нагреватели источника и подложки, вертикалы ый трубчатый реактор со штуцерами для ввода и вывода газа. Внутри реактора расположен блок дпя размещения подложки и параллельно ему установлен блтж для размошения твердых источников. Блоки закреплены на соосных штоках, проходящих через центр, которые связаны с приводами для вращения и перемещения 112Д.

Одяако этому устройству свойственны неудовлетворительная однородность параметров (амплитуда изменения соста ее я периода) периодической структуры по ппсяаади вэ-за того, что в центральной сбласти составлякшей ЗО-40 % поверхности пoдлoжкиJ наращиваются апитаксиапьные структуры с амплитудой. не-соогвегсгвующей заданной вепшшне. Разброс вептнн периодов и амгшигуд в структурах досгигаег 20 %| неоднородность морфологии эпитаксиапьных структур ценграпьной обпасги и пе риферии при прохождении оси вращения через подпожку зависиг от разгшчкя пи- нейиых скоростей газовых потоков эгюс участков при относигепьком вращении источника и подпожкк. Спедует отметить таюкв, чго в иззес аом усгройсгве в узком зазоре межд;/ вращающимися 6л1-шко распопоженныгуш бпокакш подпожек и источников возникают радиапьные прогивопопожно; направле кые газовые потоки. Взаимодействие эгих потоков приводит к вознгжновеншо нежепатепьных газовых aaBHxpeiiHflj обуспавпиваю1Ц - х искшкеяке днффузиоциых потоков веществ от исгочиикоо разноге состава к подножкам н приводллшх в ре- зугтьтаге этого к появпещ-цо локальных неоднорддиостей параметров расгукдах эпитаксиапьных структур, к ухудшают воспронзво. параметров от сгрукгуры к сгрукг ре. Производигеяьносгь такого устройства за один процесс небоаьшая - одна подпожкЭг Увешг-ение диаметра реактора дпя размещения з нам бопьшого киияес ва подложек при указанном расположен нагреватепеЙ9 увепичивает радиап.ьныл градиент гемпературь, Этс.з сва.ю очередь, приводит к росту. неод шрод ост.п параметров выраишваемых эпитаксяапЬ ных структур. Цепыо кзобрегекия является уйепитеа ние производитепьносги устройсгва и повышение однородности параметров IIDnyчae & x эпигакснальных сгруктур Достигается эго тем, что Е из вес г-ном /устройстве, содержащем нагреватепи истотника и подпюкки. вертикальный трубчатый реактор со штуцерами дпя ввода и вывода газа, расположенный в нем блок дпя размещения подпожек и усгановпенный парадденыю ему бпок дгш размещения твердых исгонников, npiPiie;M блоки закреппены на соосных штоках проводящих через центр и связан1Ь х с приводами дпя вращешш н перемещения, бпоки дпя креппения источников и подложек вьшопнены в виде дисков nep ферийная часть которых вьшопнена в ви де плоских сппощнь1х противопежащнх копец, параппепьно которым размеще 1ы нагреватепи, причем .копьцо дпя крепле ния источников nojiHoc№io перекрывает кодьцо для креппения подложек, а цент рапьная часть каждого бпока, свободная ОТ мест креппения источников и подложек, снабжеь.а, по крайней мере, одним CKBCQHbiM отверстием; соеддняюшим объем между двумя блоками с остальным MDM p-eastTopa, На фиг 1 изображено предпагаемое устройство дпя Быращиаайия эпигаксиапь- структур из газовой фазы, в разрезе, на фгзгв 2 - B3SH v;HOe расположение бпока истачкика и бпока подложки с частичным вьфезоМд на ф;.и% 3 бпок 1ютач1щка CD стороны крепаен ш HCV-O HMKOBJна фигг4 бпок подающем со стороыы :-1реппения под ложек. Усгройсгао содержит кварцевый груб реактор .1, эакяюченкый в мегал(71л1 а елки водвохнаждаеьшгй когкух 2, верхНИИ фданец 3 и HJOsHiiu 4 Графитовый с ц OS 5 со сред с ТЕ ом speuneima 6 исгоч: апков 7 выпопаеи з виде luiDCKcsro дкскд с OTBepcTS5.a;vUi 8 распоцоже ;ны ш по ок ружносгн в центрзпьгюй обласги и закреппен ка штоке 9 соедннеяным с приводом 1О. Средства креппенйя 6 БЫЛ од йены, например в Еиде , Ь|ад графгзговым блоком 5 установлен aиxpo лDвь й нагреватель Из закшоче5 ный з кварцевую трубку 12s которая выполнена Б ввде плоской спира- пи Кварцевая трубка 12 с нагревателем 11 черта уппогнекие (на фиг , не указано) крепится к BepxKeiviy фпанцу 3, Под гра- {жгсзым бяоком 5 паралпегаько его HHJSS- ней гшоскгялл усгановпен гра4иговыйблок .13 с отверсгйями 8j распспол-.енньп л по окружности в центральной, области. На граф1-ггоБОМ б я оке 13 по пернфери.и размещены подг4С.й11Ш 14„ Средства крепиенкя вл пзлняются, | апример, в аиде скоб или углублений, UJroia-5 9 и 15 через уплотнегш.л it в верхнем 3 и шжнем 4 фланцах Ш- водягся к приводам 1О для вращения и осевого перемещения блоков 5, 13, Под опаком 13 размещен нихромовый нагреваTGiib I7j заключеншлй в кварцевую трубку 18, которая выполнена в ьчде плоской спнраик и через уппопгеаия крепится к фяан1гу 4о .8 Берх1гем фланце ,3 имеется шг/цер 19 для ввода в реактор газовой смесЯу Б ншкнем фланце шг цер 2О дпя вывода газа, В койг/же 2 имеются два смогравых окна 21 к 22g расположенные на одиой оси. Устройство рабогае следующим образомНа блоке 13 по перпферин с средств крепления размешают подложки 14 из арсенида галгшя, а на блоке 5 креГ1ЯТ скобами 6 источники 7 (Б и Т), гличающиеся по составу таш-nvf образом, 5 чтобы подложки быгш перекрыты поверхностями источников, Поспе сборки .и герметизации устройства с помощью катетометра через смотровые окна 21 и 22 устанавливают необходимую величину зазора, например 300 MKMj между noBepxHocrflh a подпожек 14 и источников 7. Реакционный объем через шгуцеры 19 и 20 продувают рначапа инертным газом, потом водородом t4 вкшачаюг нагреватепи 11 и 17, При достижении температуры 85О-9ОО С на блоке с источниками и на бпокв с подпож кагли на 50 С ниже в реактор 1 с водор дом подается газ-носитепьа например пар . Затем вкшочаются приводы вращения шгоков 9 и 15. Относигепьная скоросгь вращения устанавливается 1-2 об/мин Через заданное когшчество оборотов гра(}шговые бпоки останавливаются и разводягсяо После охлаждения устройства прои водится его разгрузка. Предлагаемое устройство обеспечивает .одинаковую температуру по поверхности каждого бпока, что позволяет создать одинаковые условия переноса в зазоре меишу поверхнос-гами источников и подложекаВынос подложек на пери4юрию блоков, Гее замена относительно вращения подлож ки и источников движением подложки по окружности, позволило полностью использовать поверхность подложки, повысить однородность по поверхности как парамет ров эпитаксиальных структур, так и мор фОЛОГИИоСквозные отверстий в центральной области блоков позволяют подводить газноситель в центральную область зазора между нсточнкками и подложками, ликвидировать газовые хавнхреиия и тем саМЬ1М повысить однородность параметров. За один процесс получают шесть эпитаксн альньис периодических структур на основе твердого раств оа GoPj AS;f- с периодами iOOOA и амплитудой изменеьшй состава 10 молярных %, Разброс указан-; ных параметров структур, полученных в одном npcajecce, не превышал 1 %« Все эпигаксиальны структуры обладают зеркальиой гладкой поверхностью. Таким образом усгройсгво поовопяег увеличить производигельносгь и повысить однородносгг гпнгаксиальных структур Формула изобретения Устройс/зо для выращивания эпитаксиальных с-пук тур из газовой фазы, содер жашее нагреватели источника и подложки, вертнкальньгй трубчатый реактор со штуцерами для ввода и вывода газа, расположенный Б нем блок для размещения под-ложек и усгановленкый параллельно ему блок доя размещения твердых источников, причем бпокн закреплены на соосных штокаХ} проходящих через их центр н свя занных с для вращения и перемещення, отличающийся гем, что, с цельАт увеличения пронзводительносги усурЕйсУва и повыщения однородносги параметрой эпитаксиальных струК гур, 6nuiiz для крепления источников и подложек выполнены в виде ш.сков, пери фернйнея часть которых вьшолнена Б виде ПЛОСКИХ сплошных и прогивопежащих колец, параллельно которым размещены на греватели, причем кольцо для креппгння источников полностью перекрываегкопьцо для креппенля подложек, а центральная часть казкцого блока, свободная ог мест крепя нйл ксгс-шиков и подложек, снаб жена, и о креййей мере, одним сквозным отверсгием, соединяющим объем между двумя бпока;ли с остальным объемом рвак тора, Кс очники информации, принятые во внимание при экспертизе: l,BCc5l esete А.Е-Vapor graNwtln о о sen-Hcohducto Supurtattice. J.EeeftfOc-hem Soc 1971. 118, № 85 1459-1463. 2. Коробов О. Е., Маслов В. Н., стакоржа для исследования действия лектрического поля на эпитаксиальный ост кристаллов, М., Цветная -мегагшурия, 1972, № 4, с. 56-58.