RU130996U1 - REACTOR FOR PRODUCTION OF PRODUCTS CONTAINING A SILICON SUBSTRATE WITH A SILICON CARBIDE FILM ON ITS SURFACE - Google Patents

REACTOR FOR PRODUCTION OF PRODUCTS CONTAINING A SILICON SUBSTRATE WITH A SILICON CARBIDE FILM ON ITS SURFACE Download PDF

Info

Publication number
RU130996U1
RU130996U1 RU2013109228/05U RU2013109228U RU130996U1 RU 130996 U1 RU130996 U1 RU 130996U1 RU 2013109228/05 U RU2013109228/05 U RU 2013109228/05U RU 2013109228 U RU2013109228 U RU 2013109228U RU 130996 U1 RU130996 U1 RU 130996U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
silicon
reactor
gas
substrates
chamber
Prior art date
Application number
RU2013109228/05U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Германович Жуков
Сергей Арсеньевич Кукушкин
Андрей Витальевич Лукьянов
Андрей Викторович Осипов
Николай Александрович Феоктистов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Новые Кремневые Технологии"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Новые Кремневые Технологии" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Новые Кремневые Технологии"
Priority to RU2013109228/05U priority Critical patent/RU130996U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU130996U1 publication Critical patent/RU130996U1/en

Links

Images

Landscapes

  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

1. Реактор для изготовления изделий, содержащих кремниевую подложку с пленкой карбида кремния на ее поверхности, характеризующийся тем, что имеет корпус с нагреваемым до 950-1400°C внутренним объемом, и снабженный патрубком подачи газовой смеси, включающей оксид углерода и кремнийсодержащий газ, и патрубком вывода газообразных продуктов реакции, внутри корпуса расположена газопроницаемая камера, служащая барьером для прохождения молекул кремнийсодержащего газа, с расположенным в ней подложкодержателем, выполненным с обеспечением возможности параллельной установки пластин кремниевых подложек.2. Реактор по п.2, отличающийся тем, что газопроницаемая камера выполнена из пористого графита.1. A reactor for the manufacture of products containing a silicon substrate with a silicon carbide film on its surface, characterized in that it has a housing with an internal volume heated to 950-1400 ° C and equipped with a nozzle for supplying a gas mixture comprising carbon monoxide and silicon-containing gas, and outlet pipe for gaseous reaction products, a gas-permeable chamber is located inside the casing, which serves as a barrier for the passage of silicon-containing gas molecules, with a substrate holder located in it, made possible STI parallel installation of silicon wafers podlozhek.2. The reactor according to claim 2, characterized in that the gas-permeable chamber is made of porous graphite.

Description

Заявляется реактор для изготовления изделий, которые относятся к новому классу полупроводниковых материалов и полупроводниковых наноматериалов и которые могут быть использованы при создании полупроводниковых и нано-полупроводниковых приборов нового поколения.A reactor for manufacturing products that belong to a new class of semiconductor materials and semiconductor nanomaterials and which can be used to create a new generation of semiconductor and nano-semiconductor devices is claimed.

Для ряда применений, например, в полупроводниковой технике, микро- и оптоэлектронике и новой, активно развивающейся области наноэлектроники могут быть использованы тонкие пленки карбида кремния и пленки нано-карбида кремния на различных подложках. Среди них представляют интерес подложки из кремния.For a number of applications, for example, in semiconductor technology, micro- and optoelectronics, and a new, rapidly developing field of nanoelectronics, thin films of silicon carbide and films of silicon nano-carbide on various substrates can be used. Among them, silicon substrates are of interest.

В патенте на изобретение RU 2162117 описан Реактор для эпитаксиального выращивания монокристаплического карбида кремния путем химического осаждения из паровой фазы на ростовой поверхности подложки. Реактор содержит камеру с установленной в ней одной или двумя диаметрально расположенными подложками, имеет каналы для раздельной подачи в камеру реагента, содержащего кремний, и реагента, содержащего углерод и средство нагрева стенок камеры, позволяющее поддерживать температуру стенок камеры в пределах 1800-2500°С. Внутренняя поверхность камеры реактора выполнена из твердого раствора карбида тантала и кремния в тантале. Пространство между корпусом и внешними стенками камеры заполнено теплоизолятором из пористого графита. Подложки установлены на графитовых пьедесталах, которые соосно закреплены на приводных валах. Валы соединены с механизмами, обеспечивающими подложкам вращательное и поступательное движения вдоль их осей. Недостатком устройства является сложность его конструкции и низкая производительность, т.к. одновременно можно выращивать пленки на одной или только на двух подложках, а также высокие температуры синтеза, свыше 1700°С.RU 2162117 describes a reactor for epitaxial growing of monocrystalline silicon carbide by chemical vapor deposition on the growth surface of a substrate. The reactor contains a chamber with one or two diametrically located substrates installed in it, has channels for separately supplying a reagent containing silicon and a reagent containing carbon and a means for heating the chamber walls to the chamber, which allows maintaining the temperature of the chamber walls in the range of 1800-2500 ° C. The inner surface of the reactor chamber is made of a solid solution of tantalum carbide and silicon in tantalum. The space between the body and the outer walls of the chamber is filled with a porous graphite heat insulator. The substrates are mounted on graphite pedestals, which are coaxially mounted on the drive shafts. The shafts are connected to mechanisms providing the substrates with rotational and translational movements along their axes. The disadvantage of this device is the complexity of its design and low productivity, because at the same time, films can be grown on one or only two substrates, as well as high synthesis temperatures above 1700 ° C.

В качестве прототипа выбран CVD-реактор, описанный в патенте RU 2394117 [Патент RU 2394117, опубл. 10.07.2010, Вариант 5, представленный на Фиг.3 описания к патенту]. В реакторе синтез гетероэпитаксальных пленок карбида кремния на кремниевой подложке осуществляется путем химического осаждения из газовой фазы. В корпусе реактора установлен подложкодержатель, выполненный цельного куска графита в виде двух конусов, соединенных вместе. Подложкодержатели при помощи держателя закреплены в контейнере. Контейнер помещен во внутрь графитового нагревателя, разогреваемого при помощи индуктора. Секции из нагревателей расположены в реакторе вокруг центрального токоввода. В центральном водоохлаждаемом токовводе выполнены отверстия, через которые осуществляется отвод продуктов реакции образования карбида кремния. Водород подается внутрь нагревателей через вторые токовводы, которые закреплены во внешнем корпусе реактора. Подложкодержатели установлены радиально на многоярусной карусели, что позволяет более эффективно использовать излучение от каждого нагревателя.The CVD reactor described in patent RU 2394117 [Patent RU 2394117, publ. July 10, 2010, Option 5, presented in FIG. 3 of the patent specification]. In the reactor, the synthesis of heteroepitaxial films of silicon carbide on a silicon substrate is carried out by chemical vapor deposition. A substrate holder is installed in the reactor vessel, made of a single piece of graphite in the form of two cones connected together. Substrate holders are secured in a container with a holder. The container is placed inside a graphite heater, heated by an inductor. Sections of heaters are located in the reactor around the central current lead. Holes are made in the central water-cooled current lead through which the products of the reaction of silicon carbide formation are removed. Hydrogen is supplied into the heaters through the second current leads, which are fixed in the outer reactor vessel. Substrate holders are mounted radially on a multi-tier carousel, which allows more efficient use of radiation from each heater.

Основным недостатком прототипа заявляемого реактора является сложность конструкции, наличие вращающихся элементов, функционирующих при повышенных температурах и низких давлениях, что предъявляет особые требования к уплотняющим узлам. Дополнительно следует отметить, что работа реактора основана на принципе осаждения из газовой фазы, а, следовательно, реализуемому при работе реактора способу присущ недостаток - низкое качество пленок.The main disadvantage of the prototype of the inventive reactor is the design complexity, the presence of rotating elements that operate at elevated temperatures and low pressures, which makes special demands on the sealing nodes. In addition, it should be noted that the operation of the reactor is based on the principle of deposition from the gas phase, and, consequently, the method implemented during the operation of the reactor has the disadvantage of low quality films.

Заявляемая полезная модель направлена на существенное увеличение производительности и упрощение изготовления изделия, содержащего пленку из карбида кремния на поверхности кремниевой подложки, а также на повышение качества пленки из карбида кремния, получаемой в реакторе.The inventive utility model aims to significantly increase productivity and simplify the manufacture of an article containing a silicon carbide film on the surface of a silicon substrate, as well as to improve the quality of the silicon carbide film obtained in the reactor.

Заявляемый технический результат - обеспечение возможности изготовления за один технологический цикл большого количества изделий, содержащих подложку из кремния с эпитаксиальной пленкой карбида кремния с высоким кристаллографическим совершенством без дефектов типа ямок травления.The claimed technical result is the provision of the possibility of manufacturing in one technological cycle a large number of products containing a silicon substrate with an epitaxial silicon carbide film with high crystallographic perfection without defects such as etching pits.

Заявляемый реактор для изготовления изделий, содержащих кремниевую подложку с пленкой карбида кремния на ее поверхности, имеет корпус с нагреваемым до 950-1400°С внутренним объемом, и снабжен патрубком подачи газовой смеси, включающей оксид углерода и кремнийсодержащий газ, и патрубком вывода газообразных продуктов реакции. Внутри корпуса расположена газопроницаемая камера, служащая барьером для прохождения молекул кремнийсодержащего газа, с расположенным в ней подложкодержателем, выполненным с обеспечением возможности параллельной (на ребро) установки пластин кремниевых подложек. Предпочтительно применение газопроницаемой камеры, стенки которой выполнены из пористого графита. Соотношение толщины стенок и пористости газопроницаемой камеры выбирают из условия обеспечения конструктивной прочности, а также из условия создания необходимой развитой контактной поверхности, обеспечивающей тепловое разложение силана, или другого кремнийсодержащего газа, при прохождении его, точнее продуктов его теплового разложения, сквозь стенки камеры при заданной температуре и давлении во внутреннем объеме реактора.The inventive reactor for the manufacture of products containing a silicon substrate with a silicon carbide film on its surface, has a body with an internal volume heated to 950-1400 ° C, and is equipped with a pipe for supplying a gas mixture including carbon monoxide and silicon-containing gas, and a pipe for outputting gaseous reaction products . A gas-permeable chamber is located inside the casing, which serves as a barrier for the passage of silicon-containing gas molecules, with a substrate holder located in it, made with the possibility of parallel (on the edge) installation of silicon wafer plates. It is preferable to use a gas-permeable chamber, the walls of which are made of porous graphite. The ratio of wall thickness and porosity of the gas-permeable chamber is chosen from the condition of ensuring structural strength, as well as from the condition of creating the necessary developed contact surface that provides thermal decomposition of silane, or other silicon-containing gas, when it passes, more precisely, products of its thermal decomposition, through the chamber walls at a given temperature and pressure in the internal volume of the reactor.

Для того, чтобы лучше продемонстрировать отличительные особенности полезной модели, в качестве примера, не имеющего какого-либо ограничительного характера, ниже описаны варианты реализации. Примеры реализации иллюстрируется Фигурами, на которых представлено:In order to better demonstrate the distinctive features of the utility model, as an example, not having any restrictive nature, the implementation options are described below. Examples of implementation are illustrated by the Figures, which show:

Фиг.1 - схема заявляемого реактора, применяемого для изготовления образцов по описанным ниже Примерам.Figure 1 - diagram of the inventive reactor used for the manufacture of samples according to the Examples described below.

Фиг.2 - изображение поверхности образца изделия (размер 20×20 мкм), изготовленного по Примеру 1 (с добавлением силана в газовую смесь), полученное сканирующем зондовым микроскопом.Figure 2 - image of the surface of the sample product (size 20 × 20 μm) made according to Example 1 (with the addition of silane in the gas mixture) obtained by a scanning probe microscope.

Фиг.3 - изображение поверхности образца (размер 20×20 мкм), изготовленного при условиях, аналогичных Примеру 1, но без добавления силана, полученное сканирующем зондовым микроскопом.Figure 3 - image of the surface of the sample (size 20 × 20 μm), manufactured under conditions similar to Example 1, but without the addition of silane, obtained by a scanning probe microscope.

На Фиг.1 представлено схематичное изображение заявляемого реактора, где введены следующие обозначения: 1 - стенки реактора, 2 патрубок подачи газовой смеси, включающей оксид углерода и кремнийсодержащий газ, 3 - патрубок вывода газообразных продуктов реакции, 4 - стенки газопроницаемой камеры, 5 - параллельно установленные кремниевые пластины, 6 -крышка газопроницаемой камеры.Figure 1 shows a schematic representation of the inventive reactor, where the following notation is introduced: 1 - walls of the reactor, 2 nozzle for supplying a gas mixture, including carbon monoxide and silicon-containing gas, 3 - nozzle for withdrawing gaseous reaction products, 4 - walls of a gas-permeable chamber, 5 - in parallel mounted silicon wafers; 6-gas-permeable chamber lid.

Реактор работает следующим образом. Подложки, представляющие собой пластины монокристаллического кремния, вырезанные с учетом кристаллографической ориентации, помещают во внутренний объем реактора в специальной кассете, представляющей собой газопроницаемую камеру, выполненную из графита. Кремниевые подложки устанавливают параллельно друг с промежутком 1-10 мм и нагревают в вакууме при остаточном давлении газов 10-2-10-3 Па до температуры 500-800°С. Затем выполняется прокачка через реактор оксида углерода СО и кремнийсодержащего газа (силана) или его смеси с инертным газом. Температуру повышают до 950-1400°С и выдерживают образцы в течение 1-80 минут. Давление в реакторе поддерживается в пределах 20-600 Па, а температура - в указанном интервале. После формирования слоя карбида кремния и остывания полученные изделия извлекают.The reactor operates as follows. Substrates, which are plates of single-crystal silicon, cut out taking into account the crystallographic orientation, are placed in the internal volume of the reactor in a special cartridge, which is a gas-permeable chamber made of graphite. Silicon substrates are installed parallel to each other with a gap of 1-10 mm and heated in vacuum at a residual gas pressure of 10 -2 -10 -3 Pa to a temperature of 500-800 ° C. Then, carbon monoxide CO and a silicon-containing gas (silane) or its mixture with an inert gas are pumped through the reactor. The temperature is increased to 950-1400 ° C and the samples are kept for 1-80 minutes. The pressure in the reactor is maintained within the range of 20-600 Pa, and the temperature in the indicated range. After the formation of the silicon carbide layer and cooling, the obtained products are recovered.

Интервал давлений и температур обусловлен скоростью протекания химической реакции. При более низких давлениях (меньше 20 Па) и температурах (меньше 950°С) скорость настолько мала, что карбид кремния практически не образуется. При более высоких значениях (давление выше 600 Па и температура выше 1400°С) - скорость настолько велика, что пленка из карбида кремния имеет блочную структуру, причем блоки разориентированы относительно друг друга (т.е. пленка не является монокристаллической). Используемый дополнительно инертный газ выполняет роль газа-носителя, обеспечивающего доставку реагентов в реактор.The pressure and temperature range is determined by the rate of the chemical reaction. At lower pressures (less than 20 Pa) and temperatures (less than 950 ° C), the speed is so low that silicon carbide is practically not formed. At higher values (pressure above 600 Pa and temperature above 1400 ° C) - the speed is so great that the silicon carbide film has a block structure, and the blocks are misoriented relative to each other (i.e. the film is not single-crystal). The inert gas used additionally acts as a carrier gas, which ensures the delivery of reagents to the reactor.

Пример 1. В качестве подложек используют две, три, четыре, пять, шесть и более пластин монокристаллического кремния любой марки, диаметром 35, 56, 60, 76 мм, 100 мм, 150 мм и более с ориентацией поверхности (111), (100), (110), (210), (310), (311), (510) или любой другой ориентации. Эти кремниевые подложки, установленные на ребро, помещают в графитовую газопроницаемую камеру на расстоянии 2 мм друг от друга, камеру помещают в реактор, откачивают воздух, осуществляют нагрев до 800°С, и подают оксид углерода СО при давлении в реакторе 150 Па. Затем нагревают внутренний объем реактора до температуры 1250°С и подают силан SiH4, поддерживая в реакторе давление 150 Па. После выдержки подложек при указанных условиях в течение 10 минут подачу газов прекращают, газообразные продукты реакции откачивают и реактор охлаждается, после чего извлекают графитовую камеру с подложками из реактора. Наличие пленки карбида кремния, сформированной на подложках кремния, фиксируют методом оптической микроскопии, эллипсометрии или электронографии.Example 1. As substrates, two, three, four, five, six or more single crystal silicon wafers of any grade, with a diameter of 35, 56, 60, 76 mm, 100 mm, 150 mm or more with a surface orientation of (111), (100 ), (110), (210), (310), (311), (510) or any other orientation. These silicon substrates, mounted on an edge, are placed in a graphite gas-permeable chamber at a distance of 2 mm from each other, the chamber is placed in a reactor, air is pumped out, heating is carried out to 800 ° C, and carbon monoxide is supplied at a pressure of 150 Pa in the reactor. Then the internal volume of the reactor is heated to a temperature of 1250 ° C and silane SiH 4 is fed, maintaining a pressure of 150 Pa in the reactor. After holding the substrates under the indicated conditions for 10 minutes, the gas supply is stopped, the gaseous reaction products are pumped out and the reactor is cooled, after which the graphite chamber with the substrates is removed from the reactor. The presence of a silicon carbide film formed on silicon substrates is recorded by optical microscopy, ellipsometry or electron diffraction.

Добавление силана в газовую смесь позволяет устранить дефекты типа ямок травления в полученных пленках карбида кремния (Фиг 2, 3). Величина среднеквадратичной шероховатости пленок карбида кремния изготовленных с добавлением силана составила 5-10 нм.Adding silane to the gas mixture eliminates defects such as etching pits in the obtained silicon carbide films (Figs. 2, 3). The rms roughness of the silicon carbide films made with the addition of silane was 5–10 nm.

Пример 2. В качестве подложек используют две, три, четыре, пять, шесть и более пластин монокристаллического кремния любой марки диаметром 35, 56, 60, 76 мм, 100 мм, 150 мм и более с ориентацией поверхности (111) с отклонением от базовой плоскости (111) на 0°, (100), (110), (210) или любой другой ориентации. Эти кремниевые подложки помещают в графитовую газопроницаемую камеру на расстоянии 2 мм друг от друга, камеру помещают в реактор, откачивают воздух, осуществляют нагрев до 800°С и подают оксид углерода СО при давлении в реакторе 80 Па, затем нагревают внутренний объем до температуры 950°С-1380°С и подают поток разбавленного аргоном силана SiH4, поддерживая в реакторе давление 80 Па. После выдержки при указанных условиях в течение 15 минут подачу газов прекращают, газообразные продукты реакции откачивают и реактор охлаждают, после чего извлекают графитовую камеру с подложками из реактора. Наличие пленки карбида кремния, сформированной на подложках кремния, фиксируют методом оптической микроскопии, эллипсометрии или электронографии.Example 2. As substrates, two, three, four, five, six or more single crystal silicon wafers of any grade with a diameter of 35, 56, 60, 76 mm, 100 mm, 150 mm or more with a surface orientation of (111) with a deviation from the base are used plane (111) to 0 °, (100), (110), (210) or any other orientation. These silicon substrates are placed in a graphite gas-permeable chamber at a distance of 2 mm from each other, the chamber is placed in the reactor, air is pumped out, heated to 800 ° C and carbon monoxide is supplied at a pressure of 80 Pa in the reactor, then the internal volume is heated to a temperature of 950 ° C-1380 ° C and serves a stream of silane-diluted silane SiH 4 , maintaining a pressure of 80 Pa in the reactor. After holding under the indicated conditions for 15 minutes, the gas supply is stopped, the gaseous reaction products are pumped out and the reactor is cooled, after which the graphite chamber with the substrates is removed from the reactor. The presence of a silicon carbide film formed on silicon substrates is recorded by optical microscopy, ellipsometry or electron diffraction.

Структура и характеристики полученных образцов схожи со структурой и характеристиками образцов, описанных в Примере 1. Использование разбавление силана аргоном позволяет повысить безопасность работы и сделать используемый технологический процесс более экологически чистым.The structure and characteristics of the obtained samples are similar to the structure and characteristics of the samples described in Example 1. The use of dilution of silane with argon can improve the safety of work and make the process used more environmentally friendly.

Пример 3. В качестве подложек используют 50 пластин монокристаллического кремния различных марок диаметром 76 мм или 100 мм. Эту кремниевые подложки помещают в графитовую газопроницаемую камеру размером 100*100*150 мм на расстоянии 1 мм друг от друга (Фиг.1), камеру помещают в реактор, откачивают воздух, осуществляют нагрев до 850°С и подают оксид углерода при давлении в реакторе 170 Па, затем нагревают печь до температуры 1270°С и подают поток разбавленного аргоном силана SiH4, поддерживая в реакторе давление 170 Па. После выдержки при указанных условиях в течение 15 минут подачу газов прекращают, газообразные продукты реакции откачивают и реактор охлаждают, после чего извлекают камеру с подложками из реактора. Наличие пленки карбида кремния, сформированной на подложках кремния, фиксируют методом оптической микроскопии.Example 3. As substrates, 50 wafers of single crystal silicon of various grades with a diameter of 76 mm or 100 mm are used. This silicon substrate is placed in a graphite gas-permeable chamber with a size of 100 * 100 * 150 mm at a distance of 1 mm from each other (Figure 1), the chamber is placed in a reactor, air is pumped out, heating is carried out to 850 ° C and carbon monoxide is supplied at a pressure in the reactor 170 Pa, then the furnace is heated to a temperature of 1270 ° C and a stream of silane SiH4 diluted with argon is fed, maintaining a pressure of 170 Pa in the reactor. After holding under the indicated conditions for 15 minutes, the gas supply is stopped, the gaseous reaction products are pumped out and the reactor is cooled, after which the chamber with the substrates is removed from the reactor. The presence of a silicon carbide film formed on silicon substrates is recorded by optical microscopy.

Пример 4. В качестве подложек используют две, три, четыре, пять, шесть и более пластин монокристаллического кремния различных марок диаметром 35, 56, 60, 76 мм, 100 мм, 150 мм и более с ориентацией поверхности отклоненной на 2°, 4°, 6°, 8°, 10° или 12° или любой другой градус, лежащий в пределе между 2° и 14° от базовой плоскости (111). Эти кремниевые подложки помещают в графитовую газопроницаемую камеру на расстоянии 5 мм друг от друга, камеру помещают в реактор, откачивают воздух, осуществляют нагрев до 800°С и подают оксид углерода СО при давлении в реакторе 80 Па, затем нагревают внутренний объем до температуры 950°С-1300°С и подают поток разбавленного аргоном силана SiH4, поддерживая в реакторе давление 100 Па. После выдержки при указанных условиях в течение 5 минут подачу газов прекращают, газообразные продукты реакции откачивают и реактор охлаждают, после чего извлекают графитовую камеру с подложками из реактора. Наличие пленки карбида кремния, сформированной на подложках кремния, фиксируют методом оптической микроскопии, эллипсометрии или электронографии.Example 4. As substrates, two, three, four, five, six or more wafers of monocrystalline silicon of various grades with a diameter of 35, 56, 60, 76 mm, 100 mm, 150 mm or more with a surface orientation deviated by 2 °, 4 ° are used , 6 °, 8 °, 10 ° or 12 ° or any other degree lying between 2 ° and 14 ° from the base plane (111). These silicon substrates are placed in a graphite gas-permeable chamber at a distance of 5 mm from each other, the chamber is placed in the reactor, air is evacuated, heated to 800 ° C and carbon monoxide is supplied at a pressure of 80 Pa in the reactor, then the internal volume is heated to a temperature of 950 ° C-1300 ° C and serves a stream of silane-diluted silane SiH 4 , maintaining a pressure of 100 Pa in the reactor. After holding under the indicated conditions for 5 minutes, the gas supply is stopped, the gaseous reaction products are pumped out and the reactor is cooled, after which the graphite chamber with the substrates is removed from the reactor. The presence of a silicon carbide film formed on silicon substrates is recorded by optical microscopy, ellipsometry or electron diffraction.

Пример 5. В качестве подложек используют две, три, четыре, пять, шесть и более пластин монокристаллического различных марок диаметром 35, 56, 60, 76 мм, 100 мм, 150 мм и более с ориентацией поверхности отклоненной на 2°, 4°, 6°, 7°, 8°, 10° или любой другой градус, лежащий в пределе между 2° и 10° от базовой плоскости (100). Эти кремниевые подложки помещают в графитовую газопроницаемую камеру на расстоянии 10 мм друг от друга, камеру помещают в реактор, откачивают воздух, осуществляют нагрев до 800°С и подают оксид углерода СО при давлении в реакторе 200 Па, затем нагревают внутренний объем до температуры 1000°С-1270°С и подают поток разбавленного аргоном силана SiH4, поддерживая в реакторе давление 200 Па. После выдержки при указанных условиях в течение 3 минут подачу газов прекращают, газообразные продукты реакции откачивают и реактор охлаждают, после чего извлекают графитовую камеру с подложками из реактора. Наличие пленки карбида кремния, сформированной на подложках кремния,фиксируют методом оптической микроскопии, эллипсометрии или электронографии.Example 5. As substrates, two, three, four, five, six or more single crystal plates of various grades with a diameter of 35, 56, 60, 76 mm, 100 mm, 150 mm and more with a surface orientation deviated by 2 °, 4 °, are used 6 °, 7 °, 8 °, 10 ° or any other degree lying between 2 ° and 10 ° from the reference plane (100). These silicon substrates are placed in a graphite gas-permeable chamber at a distance of 10 mm from each other, the chamber is placed in the reactor, air is pumped out, heating is carried out to 800 ° C and carbon monoxide is supplied at a pressure of 200 Pa in the reactor, then the internal volume is heated to a temperature of 1000 ° C-1270 ° C and serves a stream of silane-diluted silane SiH 4 , maintaining a pressure of 200 Pa in the reactor. After holding under the indicated conditions for 3 minutes, the gas supply is stopped, the gaseous reaction products are pumped out and the reactor is cooled, after which the graphite chamber with the substrates is removed from the reactor. The presence of a silicon carbide film formed on silicon substrates is recorded by optical microscopy, ellipsometry or electron diffraction.

Структура и характеристики полученных образцов схожи со структурой и характеристиками образцов, описанных в Примере 1.The structure and characteristics of the obtained samples are similar to the structure and characteristics of the samples described in Example 1.

Принципиальное отличие заявляемого реактора от других известных реакторов заключается в использовании газопроницаемой камеры с расположенными параллельно друг другу кремниевыми подложками с промежутком 1-10 мм, а также в добавке в газовую смесь кремнийсодержащего газа, который быстро разлагается при используемых температурах 950-1400С. Через стенки газопроницаемой камеры свободно проходит СО, непосредственно участвующий в формировании пленки путем химической реакции с ним поверхностных слоев кремния подложки. Для кремнийсодержащего газа (молекул) стенки камеры являются барьером, но при контакте кремнийсодержащего газа с нагретыми стенками камеры он разлагается (диссоциирует), и продукты разложения проходят сквозь поры камеры и оказывают влияние на процессе формирования пленки: они используются для «залечивания» усадочных пор, образующихся при химической реакции поверхностных слоев кремния подложки с оксидом углерода, и для предотвращения испарения верхних слоев активированного комплекса.The principal difference of the claimed reactor from other known reactors is the use of a gas-permeable chamber with silicon substrates parallel to each other with a gap of 1-10 mm, as well as the addition of silicon-containing gas to the gas mixture, which quickly decomposes at temperatures of 950-1400С. Through the walls of the gas-permeable chamber, CO freely participates directly in the formation of the film by chemical reaction with it of the surface layers of silicon substrate. For silicon-containing gas (molecules), the walls of the chamber are a barrier, but when silicon-containing gas comes in contact with the heated walls of the chamber, it decomposes (dissociates), and the decomposition products pass through the pores of the chamber and affect the film formation process: they are used to "heal" the shrink pores, formed during the chemical reaction of the surface layers of silicon substrate with carbon monoxide, and to prevent evaporation of the upper layers of the activated complex.

Кремний, образующийся при диссоциации кремнийсодержащего газа, адсорбируясь на поверхности подложки и растущей пленки, понижает поверхностное натяжение образующегося карбида кремния, и позволяет получать не только поверхности карбида кремния с выходом углеродных атомов, но и кристаллические поверхности карбида кремния, снаружи которых лежат атомы кремния. С помощью подачи атомов кремния в реакционную зону, удается добиться высокого кристаллографического совершенства и отсутствия дефектов «типа ямок травления».Silicon formed during the dissociation of a silicon-containing gas, adsorbed on the surface of the substrate and the growing film, reduces the surface tension of the resulting silicon carbide, and allows you to get not only the surface of silicon carbide with the release of carbon atoms, but also the crystalline surface of silicon carbide, on the outside of which there are silicon atoms. By supplying silicon atoms to the reaction zone, it is possible to achieve high crystallographic perfection and the absence of defects of the type of etching pits.

Расположение кремниевых подложек параллельно друг другу на расстоянии от 1 мм до 10 мм играет важную роль в стабилизации поверхности подложек на стадии их разогрева до температуры 800°С, при которой начинается подача в зону реакции газа СО и кремнийсодержащего газа. При температурах выше 600°С начинается активная перестройка верхних, лежащих вблизи поверхности, атомов кремния, кремниевой подложки. Часть этих атомов может испариться и, тем самым, разрушить верхний гладкий слой подложки, поскольку нагрев происходит в вакууме при остаточном давлении газов 10-2-10-3 Па. Испаряясь с двух соседних, рядом расположенных подложек, кремний в узкий зазор (1-10 мм) создает в нем избыточное равновесное давление паров кремния, т.е. такое давление при котором атомов испаряется ровно столько, сколько их оседает обратно на подложки. Расстояние между подложками выбирается таким образом, чтобы длина свободного пробега атома кремния при данном остаточном давлении газов была бы сравнима с расстоянием между подложками и, не была бы меньше последнего.The arrangement of silicon substrates parallel to each other at a distance of 1 mm to 10 mm plays an important role in stabilizing the surface of the substrates at the stage of their heating to a temperature of 800 ° C, at which the supply of CO and silicon-containing gas to the reaction zone begins. At temperatures above 600 ° С, the active reconstruction of the upper silicon atoms, the silicon substrate, begins near the surface. Some of these atoms can evaporate and thereby destroy the upper smooth layer of the substrate, since heating occurs in vacuum at a residual gas pressure of 10 -2 -10 -3 Pa. Evaporating from two neighboring substrates located nearby, silicon into a narrow gap (1-10 mm) creates an excess equilibrium pressure of silicon vapor in it, i.e. such a pressure at which atoms evaporate as much as they settle back onto the substrates. The distance between the substrates is chosen so that the mean free path of the silicon atom at a given residual gas pressure is comparable with the distance between the substrates and is not less than the latter.

Таким образом, использование реактора заданной конструкции обеспечивает возможность синтезировать пленки карбида кремния одновременно на большом количестве кремниевых подложек, что позволяет существенно повысить производительность технологического процесса получения пленок карбида кремния на кремниевых подложках, улучшить их кристаллическое качество и снизить их стоимость. Реактор в отличие от прототипа, не имеет подвижных частей, а, следовательно, не требует применения специального привода и уплотнительных узлов. Это повышает надежность конструкции и существенное упрощение конструкции подложкодержателей при их универсальности в отношении размеров подложек и их формы.Thus, the use of a reactor of a given design provides the ability to synthesize silicon carbide films simultaneously on a large number of silicon substrates, which can significantly increase the performance of the process for producing silicon carbide films on silicon substrates, improve their crystalline quality and reduce their cost. The reactor, unlike the prototype, does not have moving parts, and, therefore, does not require the use of a special drive and sealing units. This increases the reliability of the design and a significant simplification of the design of the substrate holders with their versatility in relation to the size of the substrates and their shape.

Claims (2)

1. Реактор для изготовления изделий, содержащих кремниевую подложку с пленкой карбида кремния на ее поверхности, характеризующийся тем, что имеет корпус с нагреваемым до 950-1400°C внутренним объемом, и снабженный патрубком подачи газовой смеси, включающей оксид углерода и кремнийсодержащий газ, и патрубком вывода газообразных продуктов реакции, внутри корпуса расположена газопроницаемая камера, служащая барьером для прохождения молекул кремнийсодержащего газа, с расположенным в ней подложкодержателем, выполненным с обеспечением возможности параллельной установки пластин кремниевых подложек.1. A reactor for the manufacture of products containing a silicon substrate with a silicon carbide film on its surface, characterized in that it has a housing with an internal volume heated to 950-1400 ° C and equipped with a nozzle for supplying a gas mixture comprising carbon monoxide and silicon-containing gas, and outlet pipe for gaseous reaction products, a gas-permeable chamber is located inside the casing, which serves as a barrier for the passage of silicon-containing gas molecules, with a substrate holder located in it, made possible STI parallel installation of plates of silicon wafers. 2. Реактор по п.2, отличающийся тем, что газопроницаемая камера выполнена из пористого графита.
Figure 00000001
2. The reactor according to claim 2, characterized in that the gas-permeable chamber is made of porous graphite.
Figure 00000001
RU2013109228/05U 2013-02-26 2013-02-26 REACTOR FOR PRODUCTION OF PRODUCTS CONTAINING A SILICON SUBSTRATE WITH A SILICON CARBIDE FILM ON ITS SURFACE RU130996U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013109228/05U RU130996U1 (en) 2013-02-26 2013-02-26 REACTOR FOR PRODUCTION OF PRODUCTS CONTAINING A SILICON SUBSTRATE WITH A SILICON CARBIDE FILM ON ITS SURFACE

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013109228/05U RU130996U1 (en) 2013-02-26 2013-02-26 REACTOR FOR PRODUCTION OF PRODUCTS CONTAINING A SILICON SUBSTRATE WITH A SILICON CARBIDE FILM ON ITS SURFACE

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU130996U1 true RU130996U1 (en) 2013-08-10

Family

ID=49159863

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013109228/05U RU130996U1 (en) 2013-02-26 2013-02-26 REACTOR FOR PRODUCTION OF PRODUCTS CONTAINING A SILICON SUBSTRATE WITH A SILICON CARBIDE FILM ON ITS SURFACE

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU130996U1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TW201716647A (en) Growing epitaxial 3C-SiC on single-crystal silicon
TW201932410A (en) A method of making graphene layer structures
CN109437124B (en) Method for synthesizing single-layer transition metal chalcogenide
JP6190562B2 (en) Graphene growth method
RU2162117C2 (en) Method of epitaxial growth of silicon carbide single crystals and reactor for its embodiment
US11680333B2 (en) Defect engineered high quality multilayer epitaxial graphene growth with thickness controllability
TW201829860A (en) Crucible and manufacture method thereof, and 4h-sic crystal growth method
JP2014058411A (en) Method for producing epitaxial silicon carbide wafer
RU2653398C2 (en) Method for producing a porous layer of a silicon carbide heterostructure on a silicon substrate
Meng et al. Controlled synthesis of large scale continuous monolayer WS2 film by atmospheric pressure chemical vapor deposition
RU2363067C1 (en) Method for manufacture of product containing siliceous substrate with silicon carbide film on its surface
RU2522812C1 (en) Method of manufacturing products, containing silicon substrate with silicon carbide film on its surface and reactor of realising thereof
JP2015071529A (en) Manufacturing method of gallium nitride crystal
RU130996U1 (en) REACTOR FOR PRODUCTION OF PRODUCTS CONTAINING A SILICON SUBSTRATE WITH A SILICON CARBIDE FILM ON ITS SURFACE
Badzian Defect structure of synthetic diamond and related phases
KR20120119251A (en) Method for synthesizing nanowires without using catalysts and apparatus for the same
US10060029B2 (en) Graphene manufacturing method
CN107244666B (en) Method for growing large-domain graphene by taking hexagonal boron nitride as point seed crystal
CN115124727A (en) Preparation method of MOF film
JPH02107596A (en) Synthesizing method for diamond
CN212560430U (en) Reaction chamber turbine structure for CVD equipment
Choudhury et al. Scalable synthesis of 2D materials
KR101926678B1 (en) Silicon carbide epi wafer and method of fabricating the same
Chubarov et al. Wafer-scale epitaxial growth of single orientation WS2 monolayers on sapphire
CN117867654A (en) Preparation method of silicon carbide homoepitaxial material and growth chamber thereof

Legal Events

Date Code Title Description
PC91 Official registration of the transfer of exclusive right (utility model)

Effective date: 20180222