EA046447B1 - METHOD FOR MANUFACTURING EPITAXIAL THIN-FILM STRUCTURE OF GERMANIUM DOPED WITH BORON - Google Patents
METHOD FOR MANUFACTURING EPITAXIAL THIN-FILM STRUCTURE OF GERMANIUM DOPED WITH BORON Download PDFInfo
- Publication number
- EA046447B1 EA046447B1 EA202292290 EA046447B1 EA 046447 B1 EA046447 B1 EA 046447B1 EA 202292290 EA202292290 EA 202292290 EA 046447 B1 EA046447 B1 EA 046447B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- boron
- germanium
- substrate
- growth
- atomic
- Prior art date
Links
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 title claims description 57
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 56
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 50
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 title claims description 48
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 21
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 4
- 239000010409 thin film Substances 0.000 title claims description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 67
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 32
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 32
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 32
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 30
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 19
- 229910005705 Ge—B Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 claims description 13
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 9
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims description 7
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- QUZPNFFHZPRKJD-UHFFFAOYSA-N germane Chemical compound [GeH4] QUZPNFFHZPRKJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052986 germanium hydride Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 230000009643 growth defect Effects 0.000 claims description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 4
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 claims description 4
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 3
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 claims description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 37
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 11
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 4
- 238000001314 profilometry Methods 0.000 description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 238000000859 sublimation Methods 0.000 description 3
- 230000008022 sublimation Effects 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910008310 Si—Ge Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- 150000004678 hydrides Chemical class 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000004627 transmission electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000000927 vapour-phase epitaxy Methods 0.000 description 1
Description
Изобретение относится к технологии эпитаксии легированных слоёв германия, основанной на сочетании в одной вакуумной камере одновременных осаждения на легированной бором кремниевой подложке германия из германа и диффузии бора в растущий слой германия из приповерхностной области этой подложки, и может быть использовано для производства полупроводниковых структур.The invention relates to the technology of epitaxy of doped layers of germanium, based on the combination in one vacuum chamber of simultaneous deposition of germanium from germanium on a boron-doped silicon substrate and diffusion of boron into a growing layer of germanium from the near-surface region of this substrate, and can be used for the production of semiconductor structures.
Известна технология эпитаксии легированного бором германия, восстанавливаемого для увеличения скорости эпитаксии из его газовой галогенидной (хлоридной или гидридной) фазы в сочетании с одновременным восстановлением легирующего элемента (атомов элементов III и V групп Периодической системы, в том числе бора) из его галогенидной фазы (см., например, описание изобретения Способ эпитаксиального выращивания слоёв полупроводниковых материалов по авторскому свидетельству СССР № 202331, H01L, 1968), которая из-за неустойчивости газофазного процесса восстановления легирующего элемента характеризуется низкой стабильностью заданной степени легирования и недостаточно высоким совершенством формируемой микроструктуры растущего слоя легированного германия.There is a known technology for the epitaxy of boron-doped germanium, which is reduced to increase the speed of epitaxy from its gas halide (chloride or hydride) phase in combination with the simultaneous reduction of the alloying element (atoms of elements of groups III and V of the Periodic Table, including boron) from its halide phase (see ., for example, description of the invention Method for epitaxial growth of layers of semiconductor materials according to the USSR author's certificate No. 202331, H01L, 1968), which, due to the instability of the gas-phase process of reduction of the alloying element, is characterized by low stability of a given degree of doping and insufficiently high perfection of the formed microstructure of the growing layer of doped germanium .
Известна технология эпитаксии легированных бором слоёв Sii-xGex, основанная на сочетании в одной вакуумной камере одновременных осаждения германия из германа и сублимации кремния с легирующим элементом - бором с поверхности расположенного рядом с указанным нагревательным элементом источника легированного бором кремния, разогретого электрическим током до 1380°C (см. статью Шенгурова В.Г. и др. Легирование бором гетероструктур Si1-xGex в процессе сублимации кремния в среде германа - Письма в ЖТФ. 2011, т. 37, в. 13, с. 24-30), которая обеспечивает сублимацией кремниевого легированного бором источника в среде германа выращивание при низких температурах (при температуре подложки - 500°C) гетероструктуры Si1-xGex:B/Si(100) с резкими профилями легирования. Однако в этой технологии не предусмотрена возможность легирования бором отдельного слоя германия.The known technology is the epitaxy of boron-doped Sii -x Ge x layers, based on the combination in one vacuum chamber of simultaneous deposition of germanium from germanium and sublimation of silicon with an alloying element - boron from the surface of a boron-doped silicon source located next to the specified heating element, heated by an electric current to 1380 °C (see the article by Shengurov V.G. et al. Doping with boron of Si 1-x Ge x heterostructures in the process of silicon sublimation in a germanium medium - Letters in ZhTP. 2011, v. 37, v. 13, pp. 24-30 ), which provides, by sublimation of a boron-doped silicon source in a germanium environment, the growth at low temperatures (at a substrate temperature of 500°C) of a Si 1-x Ge x :B/Si(100) heterostructure with sharp doping profiles. However, this technology does not provide for the possibility of doping a separate germanium layer with boron.
В связи с отсутствием источников информации со сведениями о вакуумном эпитаксиальном выращивании легированных бором слоёв германия на основе сочетания его восстановления из германа в присутствии нагревательного элемента, резистивно нагреваемого (нагреваемого в результате пропускания через него электрического тока) и изготовленного из тугоплавкого металла типа тантала, и поступления легирующего элемента - бора в зону роста указанных слоёв германия с поверхности подложки, необходимых для их корректного сравнения с заявляемым способом на основе сходства физических механизмов легирования, заявителем выбрана форма раскрытия сущности заявляемого изобретения в предлагаемых описании и формуле указанного изобретения - без прототипа.Due to the lack of sources of information with information about the vacuum epitaxial growth of boron-doped germanium layers based on a combination of its reduction from germanium in the presence of a resistively heated heating element (heated as a result of passing an electric current through it) and made of a refractory metal such as tantalum, and the receipt alloying element - boron into the growth zone of the specified layers of germanium from the surface of the substrate, necessary for their correct comparison with the claimed method based on the similarity of the physical mechanisms of alloying, the applicant has chosen the form of disclosure of the essence of the claimed invention in the proposed description and claims of the said invention - without a prototype.
Технический результат от использования предлагаемого изобретения - стабильное обеспечение заданных степеней легирования бором выращиваемого на изготовленной из легированного бором кремния подложке слоя монокристаллического германия при отсутствии дефектов указанного роста в широком интервале степеней легирования на основе сочетания в одной вакуумной камере восстановления германия из германа в присутствии нагревательного элемента, резистивно нагреваемого и изготовленного из тугоплавкого металла типа тантала, и поступления легирующего элемента - бора в зону роста указанного слоя германия с поверхности нагреваемой указанной подложки и одновременное обеспечение возможности технологичного накопления атомарного бора под указанной поверхностью в результате предварительного вакуумного отжига этой подложки, а также повышение технологичности осуществления предлагаемого способа в результате обеспечения возможности последующего (после указанного вакуумного отжига) эпитаксиального выращивания на поверхности таких подложек слоя германия с одновременным диффузионным поступлением атомарного бора в зону указанного роста с поверхностей этих подложек в одной вакуумной камере в соответствии с чередованием операций единого технологического цикла.The technical result from the use of the proposed invention is the stable provision of specified degrees of doping with boron of a single-crystal germanium layer grown on a boron-doped silicon substrate in the absence of defects in the specified growth in a wide range of doping degrees based on the combination of the reduction of germanium from germanium in the presence of a heating element in one vacuum chamber, resistively heated and made of a refractory metal such as tantalum, and the entry of the alloying element - boron into the growth zone of the specified layer of germanium from the surface of the heated specified substrate and at the same time ensuring the possibility of technological accumulation of atomic boron under the specified surface as a result of preliminary vacuum annealing of this substrate, as well as increasing manufacturability implementation of the proposed method as a result of ensuring the possibility of subsequent (after the specified vacuum annealing) epitaxial growth of a germanium layer on the surface of such substrates with the simultaneous diffusion of atomic boron into the zone of said growth from the surfaces of these substrates in one vacuum chamber in accordance with the alternating operations of a single technological cycle.
Для достижения указанного технического результата предлагается способ изготовления эпитаксиальной тонкоплёночной германиевой структуры, легированной бором, путём формирования в вакуумной камере направляемого на подложку атомарного потока, образующегося из германия, восстанавливаемого из газовой фазы при высокой температуре, и обеспечения одновременного с ростом слоя монокристаллического германия на поверхности подложки диффузионного поступления атомарного бора в зону указанного роста с поверхности этой подложки, характеризующийся тем, что перед изложенным эпитаксиальным выращиванием слоя германия подложку, изготовленную из легированного бором кремния, подвергают вакуумному отжигу при температуре, выбираемой из интервала 1000-1300°C, в течение 10-60 мин для испарительного диффузионного накопления атомарного бора в приповерхностной области кремниевого материала этой подложки, после чего предлагаемое выращивание ведут путём формирования при высоком вакууме направляемого на эту предварительно подвергнутую указанному отжигу подложку атомарного потока, образующегося из германия, восстанавливаемого из германа в присутствии нагревательного элемента, изготовленного из тугоплавкого металла типа тантала, резистивно нагреваемого при температуре указанного нагревательного элемента 1300-1550°C, при одновременном диффузионном поступлении в упомянутую ростовую зону атомарного бора с поверхности нагреваемой при 300400°C этой же подложки с предварительно диффузионно накопленным под её поверхностью указанным образом атомарным бором, причём степень легирования бором кремниевого материала подложки и температуру вакуумного отжига указанной подложки из указанного температурного интервала выбирают в зависимости от требуемой степени легирования бором растущего слоя германия.To achieve the specified technical result, a method is proposed for manufacturing an epitaxial thin-film germanium structure doped with boron by forming in a vacuum chamber an atomic flow directed onto the substrate, formed from germanium recovered from the gas phase at high temperature, and ensuring simultaneous growth of a layer of single-crystalline germanium on the surface of the substrate diffusion entry of atomic boron into the zone of said growth from the surface of this substrate, characterized by the fact that before the described epitaxial growth of the germanium layer, the substrate made of boron-doped silicon is subjected to vacuum annealing at a temperature selected from the range of 1000-1300°C for 10- 60 minutes for evaporative diffusion accumulation of atomic boron in the near-surface region of the silicon material of this substrate, after which the proposed growth is carried out by forming at high vacuum an atomic flux directed to this substrate, previously subjected to the specified annealing, formed from germanium, reduced from germanium in the presence of a heating element made from a refractory metal such as tantalum, resistively heated at a temperature of the specified heating element of 1300-1550 ° C, with simultaneous diffusion entry into the said growth zone of atomic boron from the surface of the same substrate heated at 300-400 ° C with atomic boron pre-diffusion accumulated under its surface in the indicated manner , and the degree of boron doping of the silicon substrate material and the vacuum annealing temperature of said substrate from the specified temperature range are selected depending on the required degree of boron doping of the growing germanium layer.
Для получения высокостабильного по отсутствию дефектов роста слоя Ge-B в изложенных нижеTo obtain a Ge-B layer that is highly stable in terms of the absence of growth defects in the following
- 1 046447 примерах приведены проведения предлагаемого способа.- 1 046447 examples show the implementation of the proposed method.
Для повышения технологичности предлагаемого способа предварительный вакуумный отжиг кремниевой подложки, легированной бором, и последующее эпитаксиальное выращивание на её поверхности слоя монокристаллического германия с одновременным диффузионным поступлением атомарного бора в зону роста указанного германия с поверхности этой подложки ведут в одной вакуумной камере в соответствии с чередованием операций единого технологического цикла.To improve the manufacturability of the proposed method, preliminary vacuum annealing of a silicon substrate doped with boron and subsequent epitaxial growth of a layer of single-crystalline germanium on its surface with the simultaneous diffusion of atomic boron into the growth zone of said germanium from the surface of this substrate is carried out in one vacuum chamber in accordance with the alternation of operations of a single technological cycle.
На фигуре показана микроструктура выращенного легированного бором слоя германия в соответствии с предлагаемым способом-снимок поперечного сечения структуры GeB/Si (001) В, выполненный с помощью просвечивающей электронной микроскопией и соответствующий режимным параметрам примера 2.The figure shows the microstructure of a grown boron-doped germanium layer in accordance with the proposed method - a snapshot of the cross section of the GeB/Si (001) B structure, made using transmission electron microscopy and corresponding to the operating parameters of example 2.
Предлагаемый способ проводят следующим образом.The proposed method is carried out as follows.
Легированные бором кремниевые подложки марки, соответственно КДБ-0,01 и КДБ-0,001, после стандартной химической обработки, обычно используемой в планарной технологии, помещают в вакуумную камеру, которую откачивают до парциального давления порядка 10-9 Торр и для испарительного диффузионного накопления атомарного бора в приповерхностных областях кремниевого материала этих подложек (в нижеуказанных примерах максимальная концентрация указанного атомарного бора величина составила порядка 1021 ат/см3) подвергают вакуумному отжигу, нагревая, соответственно до температуры, выбираемой из интервала 1100-1300°C, и в течение времени в рамках интервала 10-60 мин выдерживая при указанной температуре в вакуумной камере и удаляя одновременно покрывающую их окисную плёнку.Boron-doped silicon substrates of the grade KDB-0.01 and KDB-0.001, respectively, after standard chemical treatment usually used in planar technology, are placed in a vacuum chamber, which is pumped out to a partial pressure of the order of 10 -9 Torr and for evaporative diffusion accumulation of atomic boron in the near-surface regions of the silicon material of these substrates (in the examples below, the maximum concentration of the specified atomic boron was about 10 21 at/cm 3 ) is subjected to vacuum annealing, heating, respectively, to a temperature selected from the range 1100-1300°C, and for a time of within an interval of 10-60 minutes, maintaining them at the specified temperature in a vacuum chamber and simultaneously removing the oxide film covering them.
Затем, одновременно проводят при относительно пониженном (за счёт напуска моногермана в вакуумную камеру) высоком вакууме (порядка 10-4 Торр) осаждение германия на рабочую поверхность кремниевой подложки путём пиролиза моногермана в присутствии резистивно нагреваемой при высокой температуре (1300-1550°C) танталовой полоски, расположенной на расстоянии - от 3 до 5 см от подложки, одновременно обеспечивая диффузионное поступление в германиевую ростовую зону атомарного бора с поверхности этой же подложки, нагреваемой для этого при 300-400°C.Then, at a relatively low (due to the introduction of monogermane into the vacuum chamber) high vacuum (about 10 -4 Torr), germanium is deposited onto the working surface of the silicon substrate by pyrolysis of monogermane in the presence of tantalum resistively heated at a high temperature (1300-1550°C). strips located at a distance of 3 to 5 cm from the substrate, simultaneously ensuring diffusion of atomic boron into the germanium growth zone from the surface of the same substrate, heated for this purpose at 300-400°C.
Стабильность заданных степеней легирования бором выращиваемого на изготовленной из легированного бором кремния подложке слоя монокристаллического германия при отсутствии дефектов указанного роста в широком интервале степеней легирования в пределах предлагаемых режимных параметров получила экспериментальное подтверждение на статистическом уровне - 88%.The stability of the specified degrees of doping with boron of a single-crystal germanium layer grown on a boron-doped silicon substrate in the absence of defects in the specified growth in a wide range of doping degrees within the proposed operating parameters was experimentally confirmed at the statistical level - 88%.
В следующих примерах, подтверждающих достижение технического результата предлагаемого способа, для получения высокостабильного по отсутствию дефектов роста слоя Ge-B (см. на фигуре совершенную микроструктуру выращенного легированного бором слоя германия, соответствующую примеру 2) при концентрациях бора (пример 1) (N) 2х1017, (пример 2) 3.5х1017 и (пример 3) 1018 ат/см3 (определены на основе данных холловских измерений) предварительно подложки, изготовленные из кремния, содержащего бор в пределах легирования, задаваемого кремнием марки, соответственно указанным для выращиваемого слоя Ge-B первым двум концентрациям бора - КДБ-0,01 и третьей концентрации бора - КДБ-0,001, подвергают вакуумному отжигу при парциальном давлении 5х10-9 Торр и температуре (Тотж), соответственно 1200 и 1100°C при марке кремния подложки КДБ-0,01 и 1300°C при марке кремния подложки КДБ-0,001, в течение (Цтж), соответственно для указанных подложек 10, 10 и 60 мин, после чего предлагаемое выращивание ведут путём формирования при парциальном давлении (pGeH4) 4х10-4 Торр направляемого на эти предварительно подвергнутые указанным отжигам подложки с ориентацией структуры Si (100) атомарного потока германия, восстанавливаемого из моногермана в присутствии танталовой полоски, резистивно нагреваемой при температуре (ТТа) указанной полоски 1450°C, при одновременном диффузионном поступлении атомарного бора с поверхностей нагреваемых при (TS) 300°C этих же подложек, с предварительно диффузионно накопленным под их поверхностями в результате указанных отжигов атомарным бором, в зону роста на них слоя монокристаллического германия толщиной (d) 0,3 мкм.In the following examples, confirming the achievement of the technical result of the proposed method, to obtain a Ge-B layer that is highly stable in the absence of growth defects (see the figure for the perfect microstructure of a grown boron-doped germanium layer, corresponding to example 2) at boron concentrations (example 1) (N) 2x10 17 , (example 2) 3.5x10 17 and (example 3) 10 18 at/cm 3 (determined on the basis of Hall measurements) pre-substrates made of silicon containing boron within the doping limits specified by the grade of silicon, respectively, specified for the grown layer Ge-B with the first two boron concentrations - KDB-0.01 and the third boron concentration - KDB-0.001, is subjected to vacuum annealing at a partial pressure of 5x10 -9 Torr and temperature (Tab), respectively 1200 and 1100°C with a grade of silicon substrate KDB- 0.01 and 1300°C with a grade of silicon substrate KDB-0.001, for (Ctzh), respectively for the indicated substrates 10, 10 and 60 minutes, after which the proposed growth is carried out by forming at a partial pressure (pGeH4) 4x10 -4 Torr directed onto these substrates, previously subjected to the indicated annealing, with the orientation of the Si (100) structure, an atomic flux of germanium, reduced from monogermane in the presence of a tantalum strip, resistively heated at a temperature (TTa) of the said strip of 1450°C, with the simultaneous diffusion of atomic boron from the surfaces heated at ( T S ) 300°C of the same substrates, with atomic boron pre-diffusion accumulated under their surfaces as a result of the indicated annealings, into the growth zone of a layer of single-crystalline germanium on them with a thickness (d) of 0.3 μm.
При этом превышение 400°C - температуры нагрева подложек приводит к появлению дефектов роста выращиваемого легированного бором слоя монокристаллического германия, а выход температуры нагрева подложек за оптимальную низкую граничную величину 300 до 250°C вызывает падение степени легирования бором на 15-20%.In this case, exceeding 400°C, the heating temperature of the substrates, leads to the appearance of growth defects in the grown boron-doped layer of single-crystalline germanium, and the temperature of the substrates exceeding the optimal low limit value of 300 to 250°C causes a drop in the degree of boron doping by 15-20%.
Увеличение температуры отжига выше 1300°C приводит к плавлению подложек, а уменьшение температуры отжига ниже 1000°C - к увеличению времени предростовой подготовки, что снижает эффективность удаления окисла и загрязнений с подложки. Температурный режим был подобран экспериментально и является оптимальным при осуществлении предлагаемого способа.Increasing the annealing temperature above 1300°C leads to melting of the substrates, and decreasing the annealing temperature below 1000°C leads to an increase in the pre-growth preparation time, which reduces the efficiency of removing oxide and contaminants from the substrate. The temperature regime was selected experimentally and is optimal when implementing the proposed method.
Временные интервалы были определены в соответствии с оптимальными параметрами накопления бора в приповерхностной области кремниевой подложки. Вакуумный отжиг менее 10 мин не способствует накоплению бора в приповерхностной области, снижая его концентрацию на несколько порядков. К моменту времени 60 мин концентрация бора, накопленная в приповерхностной области, выходит на стационарное значение, т.н. плато. В связи с этим отжиг более 60 мин приводит к увеличению времениTime intervals were determined in accordance with the optimal parameters for boron accumulation in the near-surface region of the silicon substrate. Vacuum annealing for less than 10 min does not contribute to the accumulation of boron in the near-surface region, reducing its concentration by several orders of magnitude. By the time of 60 minutes, the boron concentration accumulated in the near-surface region reaches a stationary value, the so-called. plateau. In this regard, annealing for more than 60 minutes leads to an increase in time
- 2 046447 предварительной подготовки подложки, и не приводит к ещё большему накоплению примеси.- 2 046447 preliminary preparation of the substrate, and does not lead to even greater accumulation of impurities.
На фигуре на границе раздела Ge-B/SiB видны дислокации несоответствия. Область нахождения протяжённых дислокаций также ограничена вблизи этой границы Si-Ge. Резкая граница между двумя слоями, а также то, что прорастающие дислокации находятся только вблизи границы раздела слоёв свидетельствуют о высоком качестве эпитаксиального слоя Ge-В. Непосредственно в эпитаксиальном слое дефектов практически не наблюдается. Плотность прорастающих дислокаций, измеренная методом ямок травления, составляет (3-6)x105 см-2, что на 1,5-2 порядка величины ниже, чем в структурах, выращенных методом газофазной эпитаксии (см. статью на англ. яз авторов Y.H. Tan, C.Stan Single-Crystalline Si1-xGex (x=0.5~1) Thin Films on Si (001) with Low Threading Dislocation Density Prepared by Low Temperature Molecular Beam Epitaxy. ThinSolidFilms. 2012,v. 520, p. 2711).In the figure, misfit dislocations are visible at the Ge-B/SiB interface. The location of extended dislocations is also limited near this Si-Ge boundary. The sharp boundary between the two layers, as well as the fact that threading dislocations are located only near the interface between the layers, indicate the high quality of the Ge-B epitaxial layer. Almost no defects are observed directly in the epitaxial layer. The density of threading dislocations, measured by the etch pit method, is (3-6)x10 5 cm -2 , which is 1.5-2 orders of magnitude lower than in structures grown by vapor-phase epitaxy (see article in English by YH Tan, C.Stan Single-Crystalline Si 1-x Ge x (x=0.5~1) Thin Films on Si (001) with Low Threading Dislocation Density Prepared by Low Temperature Molecular Beam Epitaxy. ThinSolidFilms. 2012, v. 520, p 2711).
Экспериментальные данные, приведённые в примерах 4-6, подтверждают контролируемое влияние степени легирования бором кремниевого материала подложки и температуры вакуумного отжига указанной подложки из указанного температурного интервала на степень легирования бором растущего слоя германия.The experimental data given in examples 4-6 confirm the controlled influence of the degree of boron doping of the silicon substrate material and the vacuum annealing temperature of the specified substrate from the specified temperature range on the degree of boron doping of the growing germanium layer.
Пример 4.Example 4.
Подложка: КДБ-0,001(100).Substrate: KDB-0.001(100).
Технологические параметры: Тотж=1100°С, 1,,|ж=10 мин.Technological parameters: T annealing =1100°C, 1, |zh =10 min.
Выращивали слой Ge-B d=0,5 мкм при TS=350°C, (время выращивания) t=60 мин, ТТа=1400°С, pGeH4=4x10-4 Topp.A Ge-B layer d=0.5 μm was grown at T S =350°C, (growth time) t=60 min, T Ta =1400°C, pGeH4=4x10 -4 Topp.
Проведены измерения N(x) методом C-V профилометрии. Слой Ge-B p-типа состоял из двух областей.N(x) measurements were carried out using the C-V profilometry method. The p-type Ge-B layer consisted of two regions.
В первой приповерхностной области N=1x1017 см-3 при х=0-0.21 мкм. Во второй области (более дальней) N=1x1019 см-3 при х=0.21-0.45 мкм. Эта область граничила с подложкой.In the first near-surface region N=1x10 17 cm -3 at x=0-0.21 µm. In the second region (more distant) N=1x10 19 cm -3 at x=0.21-0.45 microns. This area bordered the substrate.
Пример 5.Example 5.
Подложка: КДБ-0,001(100).Substrate: KDB-0.001(100).
Технологические параметры: Тотж=1200°С, 1отж=10 мин.Technological parameters: T annealing =1200°C, 1 annealing =10 min.
Выращивали слой Ge-B d=0,4 мкм при TS=350°C, (время выращивания) t=60 мин, ТТа=1400°С, pGeH4=4x10-4 Торр.A Ge-B layer d=0.4 μm was grown at T S =350°C, (growth time) t=60 min, T Ta =1400°C, pGeH4=4x10 -4 Torr.
Проведены измерения N(x) методом C-V профилометрии. Слой Ge-B p-типа состоял из двух областей.N(x) measurements were carried out using the C-V profilometry method. The p-type Ge-B layer consisted of two regions.
В первой приповерхностной области N=1x1017 см-3 при х=0-0.2 мкм. Во второй области (более дальней) N=3x 1019 см-3 при х=0.2-0.4 мкм. Эта область граничила с подложкой.In the first near-surface region N=1x10 17 cm -3 at x=0-0.2 µm. In the second region (more distant) N=3x 10 19 cm -3 at x=0.2-0.4 µm. This area bordered the substrate.
Пример 6.Example 6.
Подложка: КДБ-0,01(100).Substrate: KDB-0.01(100).
Технологические параметры: Тотж=1200°С, 1ожж=10 мин.Technological parameters: T = 1200°C, 1 burn = 10 min.
Выращивали слой Ge-B d=0,4 мкм при TS=350°C, (время выращивания) t=60 мин, ТТа=1400°С, pGeH4=4x10-4 Topp.A Ge-B layer d=0.4 μm was grown at T S =350°C, (growth time) t=60 min, T Ta =1400°C, pGeH4=4x10 -4 Topp.
Проведены измерения N(x) методом C-V профилометрии. Слой Ge-B p-типа состоял из двух областей.N(x) measurements were carried out using the C-V profilometry method. The p-type Ge-B layer consisted of two regions.
В первой приповерхностной области N=1x1017 см-3 при х=0-0.2 мкм. Во второй области (более дальней) N=6x 1018 см-3 при х=0.2-0.4 мкм. Эта область граничила с подложкой.In the first near-surface region N=1x10 17 cm -3 at x=0-0.2 µm. In the second region (more distant) N=6x 10 18 cm -3 at x=0.2-0.4 µm. This area bordered the substrate.
Дополнительно было исследовано распределение атомов бора в приповерхностной области подложки после её отжига в вакууме. Установлено, что после отжига в приповерхностной области Si(001)B подложки наблюдается накопление атомов бора. Основной причиной накопления бора является более низкая, чем у кремния, скорость испарения. Ввиду отсутствия прямых сведений о скоростях испарения легирующих элементов из кремния в качестве критерия поведения легирующего элемента обычно берут соотношение давления паров легирующего элемента и кремния. Очевидно, что ожидать накопления можно только для того легирующего элемента, давление паров которого при температуре отжига значительно ниже давления паров кремния. Среди основных легирующих электрически активных в кремнии элементов этим качеством обладает только бор (В).Additionally, the distribution of boron atoms in the near-surface region of the substrate after annealing in vacuum was studied. It has been established that after annealing, an accumulation of boron atoms is observed in the near-surface region of the Si(001)B substrate. The main reason for the accumulation of boron is the lower evaporation rate than silicon. Due to the lack of direct information on the rates of evaporation of alloying elements from silicon, the ratio of the vapor pressure of the alloying element and silicon is usually taken as a criterion for the behavior of the alloying element. Obviously, accumulation can only be expected for an alloying element whose vapor pressure at the annealing temperature is significantly lower than the silicon vapor pressure. Among the main alloying elements electrically active in silicon, only boron (B) has this quality.
Средняя измеренная методом C-V-профилометрии концентрация дырок в эпитаксиальном слое GeB составляла ~1,5x1019 см3.The average hole concentration in the GeB epitaxial layer measured by CV profilometry was ~1.5x1019 cm 3 .
Как показали исследования, отжиг в вакууме приводит к накоплению бора в приповерхностном слое кремниевой подложки. Причём поверхностная концентрация их на 1-2 порядка превышает исходную. В случае высокой концентрации (выше 1 x 1018 см3) бора, отжиг может привести к его накоплению в приповерхностном слое до предела растворимости.Studies have shown that annealing in a vacuum leads to the accumulation of boron in the surface layer of the silicon substrate. Moreover, their surface concentration is 1-2 orders of magnitude higher than the initial one. In the case of a high concentration (above 1 x 10 18 cm 3 ) of boron, annealing can lead to its accumulation in the surface layer to the solubility limit.
Таким образом, предлагаемый способ характеризуется повышенными стабильностью и технологичностью в реализации при вакуумном выращивании из моногермана слоя монокристаллического германия на поверхности кремниевой подложки с предварительно диффузионно накопленным приповерхностным атомарным бором, диффузионно поступающим в зону роста указанного слоя при чередовании проведения указанных диффузионных накопления и поступления атомарного бора в одной вакуумнойThus, the proposed method is characterized by increased stability and manufacturability when implemented during vacuum growth of a layer of monocrystalline germanium from monogermane on the surface of a silicon substrate with pre-diffusion accumulated near-surface atomic boron, diffusionally entering the growth zone of the specified layer when alternating the specified diffusion accumulation and the entry of atomic boron into one vacuum
- 3 046447 камере.- 3 046447 camera.
Claims (3)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021126425 | 2021-09-08 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA046447B1 true EA046447B1 (en) | 2024-03-14 |
Family
ID=
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3650727B2 (en) | Silicon carbide manufacturing method | |
| KR101410436B1 (en) | Process for producing epitaxial single-crystal silicon carbide substrate and epitaxial single-crystal silicon carbide substrate obtained by the process | |
| Becker et al. | Acceptor dopants in silicon molecular‐beam epitaxy | |
| US4559091A (en) | Method for producing hyperabrupt doping profiles in semiconductors | |
| US4912063A (en) | Growth of beta-sic thin films and semiconductor devices fabricated thereon | |
| US9748410B2 (en) | N-type aluminum nitride single-crystal substrate and vertical nitride semiconductor device | |
| KR101082709B1 (en) | Silicon epitaxial wafer and manufacturing method thereof | |
| KR20200103578A (en) | Manufacturing method of gallium oxide thin film for power semiconductor using dopant activation technoloty | |
| KR20170070104A (en) | Method for producing silicon carbide single crystal epitaxial wafer and silicon carbide single crystal epitaxial wafer | |
| US6379472B1 (en) | Group III-nitride thin films grown using MBE and bismuth | |
| KR102201924B1 (en) | Manufacturing method of gallium oxide thin film for power semiconductor using dopant activation technoloty | |
| WO2001016408A1 (en) | Epitaxial silicon wafer | |
| US9806205B2 (en) | N-type aluminum nitride monocrystalline substrate | |
| JP2023023898A (en) | Semiconductor substrate, semiconductor wafer, and manufacturing method of semiconductor wafer | |
| RU2775812C1 (en) | Method for manufacturing an epitaxial thin-film structure of germanium doped with boron | |
| Gottlieb | Vapor Phase Transport and Epitaxial Growth of GaAs1− x P x Using Water Vapor | |
| EA046447B1 (en) | METHOD FOR MANUFACTURING EPITAXIAL THIN-FILM STRUCTURE OF GERMANIUM DOPED WITH BORON | |
| US9957639B2 (en) | Method for producing epitaxial silicon carbide wafer | |
| JP5710104B2 (en) | Silicon epitaxial wafer and method for manufacturing silicon epitaxial wafer | |
| JP2004343133A (en) | Manufacturing method of silicon carbide, silicon carbide, and semiconductor device | |
| JP2010205866A (en) | Method of manufacturing silicon epitaxial wafer, and silicon epitaxial wafer | |
| EP0903429B1 (en) | Process for producing heavily doped silicon | |
| Papazian et al. | Epitaxial Deposition of Germanium onto Semi‐Insulating GaAs | |
| Jang et al. | Growth of epitaxial Si 1-x Ge x layers at 750° C by VLPCVD | |
| Aleksandrov | Formation and properties of transition layers in epitaxial films |