RU2175692C2

RU2175692C2 - Device for forming multilayer structures

Info

Publication number: RU2175692C2
Application number: RU97112020A
Authority: RU
Inventors: М.В. Бестаев; К.А. Гацоев; А.И. Горелик; М.А. Дегоев; В.А. Мошников; В.В. Томаев
Original assignee: Северо-Осетинский государственный университет им. К.Л.Хетагурова
Priority date: 1997-07-09
Filing date: 1997-07-09
Publication date: 2001-11-10

Abstract

FIELD: technology of semiconductor materials and devices; for application of thin films of semiconductor joints and solid solutions on their base. SUBSTANCE: proposed device includes main quarts ampoules and two additional ampoules with whose help alloyed films are grown gaseous phases using two additional vapor sources: one with its own component and other with alloying admixture. Proposed device differs from prototype in availability of isolated chambers provided with holes where heaters may be located; main chamber has inner cavity with hole for placing the substrates. EFFECT: enhanced efficiency; increased productivity. 2 dwg

Description

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. The invention relates to the field of technology of semiconductor materials and devices, and more particularly to devices for applying thin films of semiconductor compounds and solid solutions based on them.

Технической задачей, решаемой данным изобретением, является создание конструкции контейнера, обеспечивающего увеличение производительности и дающего возможность создания чередующихся слоев разного состава. The technical problem solved by this invention is the creation of a container design that provides an increase in productivity and makes it possible to create alternating layers of different composition.

Известна конструкция контейнера для формирования пленок из паровой фазы. Known design of the container for the formation of films from the vapor phase.

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. Park Jeong Un Abstract of dissertation for the degree of candidate of sciences. Doping of lead telluride films with indium upon their preparation from the gas phase. - L., LETI, 1989.

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. The container consists of a main quartz ampoule and two additional ampoules. The design allows to grow doped films from the gas phase using two additional sources of steam 1,2 with its own component 3 and with an alloying impurity 4. The presence of two additional sources of steam allows, on the one hand, to regulate the composition of the growing films by setting different temperatures of the vapor source of its own component . On the other hand, it is possible to control the concentration of impurities in the film by setting the temperature of the vapor source of the alloying component.

Конструкция реактора для выращивания пленок и легирования их в процессе роста представлена на фиг. 1. The design of a reactor for growing films and doping them during growth is shown in FIG. 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. The disadvantages of this design (analog) is the inertia of the heating system, which allows you to form the required distribution of intrinsic defects and impurities along their thickness; there is no possibility of completely eliminating the mutual influence and pollution of sources of additional components; there is no way to exclude the mutual influence of the changing temperatures of individual sources on each other, which complicates the process of controlling temperatures during the formation of thin layers; the inefficiency of this method, since the design does not allow to collect the non-condensed part of the steam and it leaves through the vacuum system into the atmosphere.

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). The disadvantages of this design are significantly reduced in the design of the container (prototype) for growing semiconductor thin films. The container consists of the main and additional ampoules designed to accommodate additional sources of steam (Japanese application JP 1-197386, class C 30 B 23/02, publ. 09/09/1989).

Недостатками прототипа является наличие отдельных источников тепла на дополнительных ампулах, создающих поперечный градиент температуры вдоль кварцевого шлифа, сложность рабочей конструкции и малой производительности контейнера. The disadvantages of the prototype is the presence of individual heat sources on additional ampoules, creating a transverse temperature gradient along the quartz section, the complexity of the working structure and low productivity of the container.

Целью настоящего изобретения является увеличение производительности контейнера, устранение поперечного градиента температуры вдоль кварцевого шлифа, упрощение конструкции. The aim of the present invention is to increase the productivity of the container, eliminating the transverse temperature gradient along the quartz section, simplifying the design.

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. The goal is achieved in that the container in FIG. 2, like the well-known technical solution, contains an additional ampoule 1. In contrast to the prototype, in an additional ampoule of the proposed container, chambers A and B are isolated from each other with openings arranged to accommodate heater 2 between them, and in the main ampoule 3, intended for placement of substrates 4 therein, an internal cavity 5 with an opening is made. The diameter of the inner cavity 5 on the main ampoule 3 is equal to the outer diameter of the additional ampoule 1. Ampoule 1 and cavity 5 are densely ground to each other. Moreover, the additional ampoule is mounted on the main ampoule with the possibility of rotation so that the hole made in the inner cavity is at the same height as the holes in chambers A and 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. Chambers A and B provide separate placement of two different sources of steam. To prevent mixing of vapors of different compositions during the growing process, the partition separating chambers A and B should be hermetically welded to the walls of the additional ampoule.

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. The internal cavity 5 and the additional ampoule 1 ground to it are necessary to provide the possibility of combining the holes on it with the holes in the chamber A and B during the growing and control of the vapor flow into the condensation zone. The tape heater 6 sets a uniform temperature distribution along the outer diameter of the main ampoule 3. The number of placed substrates around the perimeter depends on the diameter of the main ampoule.

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. We prove that the claimed combination of features is sufficient to achieve the goal and ensure the possibility of a controlled flow of steam from chambers A and B into the condensation zone. The initial state of the container is the vertical position, when the hole in the main ampoule is between the two holes of chambers A and B. If you rotate the ampoule 1 in one direction or another, then you can combine the holes in chambers A or B with the hole of the internal cavity 5. Using the combined holes it is possible to grow a layer of the same composition of the desired thickness, depending on which camera the growth zone is currently communicating with, A or 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. After the formation of the desired layer, the ampoule 1 should be returned to its original position and the steam flow should be stopped. To ensure the supply of steam of a different composition, a rotation is made until the hole of the other chamber is combined with the hole of the internal cavity of the main ampoule. If necessary, you can repeat the previous operation.

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. Thus, the claimed combination of elements is sufficient for the successive receipt of steam of different composition in the crystallization zone and achieve the goal, that is, increase the number of placed substrates in the condensation zone.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1 - фиг. 3:
- На фиг. 1 представлено известное техническое решение.The invention is illustrated in FIG. 1 - FIG. 3:
- In FIG. 1 presents a well-known technical solution.

- На фиг. 2 представлена конструкция предлагаемого устройства для формирования многослойных структур. - In FIG. 2 shows the design of the proposed device for the formation of multilayer structures.

Пример. Контейнер для выращивания полупроводниковых слоев. Example. A container for growing semiconductor layers.

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.The proposed container was used in laboratory conditions for growing Pb _1-x Sn _x Se layers with a varying type of conductivity. PbSe compound and Pb _0.9 Sn _0.1 Se solid solution were used as starting components. The temperature of the steam was set by the heater 2, so that the corresponding value of the vapor pressure was equal to 10 ^-2 mm RT.article. Material loading was carried out through openings in chambers A and B. Then the main ampoule was transferred to the position corresponding to the initial one. In the main ampoule, through the tightly sanded lid — the viewing window 7 — the substrates were fixed around the perimeter of the main ampoule 3. The entire structure was placed in a heat unit in the under-cap device. After that, a vacuum was created under the cap to a residual pressure of 5 • 10 ^-7 mm Hg. Art. An airtight rod was provided in the subcapillary device, which allows rotating, raising and lowering the additional ampoule 1 relative to the internal cavity of the main ampoule on a thin section rigidly fixed in the subcapular system.

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. Temperature control was carried out using a high-precision temperature controller VRT-3. The layers were formed as follows: from the initial starting position, the additional ampoule 1 was lowered by 1 cm on the movable rod and the internal volume of chambers A and B of the additional ampoule was evacuated for 15 minutes. Then they returned it to its original position. The desired temperature of the composition of Pb-Sn-Se was set by heater 2. After this, an additional ampoule was turned until the opening of the chamber with Pb-Sn-Se coincided with the opening of the internal cavity. Condensation was carried out for 30 minutes. Then the main ampoule was turned in the opposite direction to the starting position. After a delay in the initial position for 5 minutes, the required temperature of Pb-Se was set by heater 2 and the additional ampoule 1 was turned until the opening of the chamber with PbSe coincided with the hole of the internal cavity. Condensation was carried out for 30 minutes. The grown layers had different thicknesses due to different adhesion of the substrate. The first layer was grown on fused silica, and the second on the formed layer.

Claims

A device for forming multilayer structures, including the main and additional ampoules, which allows to grow alloy films from the gas phase using two additional steam sources, characterized in that the additional ampoule contains chambers isolated from each other with openings for steam sources with its own component and alloying impurity, located with the possibility of placing a heater between them, and in the main ampoule with the possibility of placing substrates in it, an internal cavity with a hole, and the additional ampoule is fixed on the main one with the possibility of rotation in such a way as to ensure that this hole is aligned with the holes in the chambers.