RU2536985C2 - Способ выращивания планарных нитевидных кристаллов полупроводников - Google Patents
Способ выращивания планарных нитевидных кристаллов полупроводников Download PDFInfo
- Publication number
- RU2536985C2 RU2536985C2 RU2013100294/05A RU2013100294A RU2536985C2 RU 2536985 C2 RU2536985 C2 RU 2536985C2 RU 2013100294/05 A RU2013100294/05 A RU 2013100294/05A RU 2013100294 A RU2013100294 A RU 2013100294A RU 2536985 C2 RU2536985 C2 RU 2536985C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- planar
- crystals
- semiconductors
- whiskers
- catalyst
- Prior art date
Links
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых материалов и предназначено для управляемого выращивания нитевидных кристаллов полупроводников. Способ включает подготовку полупроводниковой пластины путем нанесения на ее поверхность частиц катализатора с последующим помещением подготовленной пластины в ростовую печь, нагревом и созданием в пластине продольного температурного градиента 10-100°C/см, далее осуществляют осаждение кристаллизуемого вещества из паровой фазы по схеме пар→капельная жидкость→кристалл, молярное соотношение компонентов газовой фазы к водороду устанавливают в интервале 0,005-0,015, а перепад температуры по диаметру капли катализатора обеспечивают в диапазоне 0,15-0,4°C. Использование изобретения позволит облегчить создание планарных термометрических и тензометрических датчиков, интегрировать нитевидные кристаллы в планарные технологии изготовления микросхем. 6 пр.
Description
Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых материалов и предназначено для управляемого выращивания планарных нитевидных монокристаллов полупроводников методом газофазной эпитаксии по схеме пар→капельная жидкость→кристалл.
В настоящее время известен способ выращивания кристаллов бестигельной зонной плавкой [Пфанн В. Зонная плавка / Пер. с англ. - М.: Мир. 1970. С.19-20]. Согласно указанному способу в поликристаллическом стержне с помощью концентрированного источника тепла создается градиент температуры и формируется узкая расплавленная зона рафинируемого материала. Зона перемещается вдоль оси стержня, образуя в результате перекристаллизации монокристалл. Недостатками способа являются значительная радиальная неоднородность распределения удельного сопротивления по кристаллу и невозможность масштабирования, так как скорость процесса определяется скоростью диффузии примеси.
Известен способ выращивания ориентированных систем нитевидных кристаллов на монокристаллической подложке путем осаждения кремния из паровой фазы с использованием частиц металла-катализатора [Гринберг С.А., Гиваргизов Е.И. Кристаллография. Т.18. №2. 1973. С.380]. Данный способ и варианты его исполнения позволяют выращивать вертикальные по отношению к подложке нитевидные кристаллы кремния. Недостатком способа является то, что он не позволяет обеспечить планаризацию, т.е. расположение выращиваемых кристаллов на плоскости подложки, и не позволяет интегрировать их в планарные технологии производства изделий микроэлектроники.
Наиболее близким аналогом, выбранным нами в качестве прототипа, является способ направленной планарной кристаллизации германия с использованием жидких капель металла-катализатора в поле продольного градиента температур, созданного в монокристаллической германиевой подложке [Патент РФ №96106224 А, МПК6 С30В 029/62, 025/02 / Е.И. Гиваргизов. Дата публикации 20.12.1997 г.]. Отличие данного способа состоит в том, что направленную кристаллизацию создают перемещением жидкой капли раствора-расплава Au-Ge в направлении продольного градиента температур, создаваемого в германиевой подложке в интервале 10-100°С/см. Недостатком способа является непригодность его для выращивания нитевидных кристаллов, поскольку фактически осуществляется лишь перекристаллизация существующей монокристаллической подложки, а не синтез нитевидных кристаллов с участием паровой фазы.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение направлено на управляемое изготовление планарных нитевидных кристаллов полупроводников.
Это достигается тем, что дополнительно осуществляют осаждение кристаллизуемого вещества из паровой фазы по схеме пар→капельная жидкость→кристалл, молярное соотношение компонентов газовой фазы к водороду устанавливают в интервале 0,005-0,015, а перепад температуры по диаметру капли катализатора обеспечивают в диапазоне 0,15-0,4°С.
Способ выращивания планарных нитевидных кристаллов кремния осуществляется следующим образом.
На поверхности монокристаллической пластины кремния создаются частицы металла-катализатора любыми физико-химическими методами в используемых способах [Гринберг С.А., Гиваргизов Е.И. Кристаллография. Т.18. №2. 1973. С.380; Патент РФ №96106224 А, МПК6 С30В 029/62, 025/02 / Е.И. Гиваргизов. Дата публикации 20.12.1997 г.]. Затем подложка помещается в кварцевый реактор, продуваемый водородом, нагревается до температуры роста. В течение нескольких минут в водороде проводится сплавление частиц металла с кремниевой подложкой. Далее в кремниевой пластине устанавливается необходимый продольный температурный градиент в интервале 10-100°С, обеспечивающий перепад температуры по диаметру капли катализатора в диапазоне 0,15-0,4°С, и поддерживается необходимая температура в заданном диапазоне. Затем в газовую фазу подаются компоненты газовой фазы с молярной концентрацией в водороде в интервале 0,005-0,015 и производится выращивание планарных кристаллов.
Осуществление осаждения кристаллизуемого вещества из паровой фазы по схеме пар→капельная жидкость→кристалл определяется тем, что на «горячем» краю капли обеспечивается растворение кристаллизуемого вещества, поступаемого из конденсируемой паровой фазы, а не вещества монокристаллической подложки. На «холодном» краю капли вследствие развивающегося пересыщения это вещество высаживается, образуя планарный нитевидный кристалл.
Нижняя граница диапазона перепада температуры по диаметру капли катализатора 0,15-0,4°С определяется наименьшим критическим перепадом температур, ниже которого движение капли по подложке невозможно или затруднено вследствие кинетических ограничений. А следовательно, невозможен или затруднен рост нитевидного кристалла. Верхняя граница диапазона отношения температурного градиента к диаметру капли катализатора определяется тем, что при превышении указанного значения в движении капли катализатора возникает неустойчивость (капля то растягивается, то сжимается) или происходит разрыв капли. Неустойчивость капли при больших градиентах температур приводит к неустойчивому росту планарных кристаллов (возникает радиальная неустойчивость, изгибы и др.) или отсутствию роста в случае разрыва капли.
Интервал молярного отношения компонентов газовой фазы 0,005-0,015 определяется необходимым пересыщением кристаллизуемого материала для роста планарных нитевидных кристаллов. При значениях молярного отношения компонентов газовой фазы за пределами указанного интервала либо будет отсутствовать кристаллизация вследствие недостаточной величины пересыщения (при молярном отношении менее 0,005), либо возникает обратный процесс травления кремниевой подложки по схеме кристалл→капельная жидкость→пар (при молярном отношении более 0,015).
Использование предлагаемого способа позволит облегчить создание планарных кремниевых термометрических и тензометрических датчиков, датчиков вирусов и др., интегрировать нитевидные кристаллы в планарные технологии изготовления микросхем. Способ открывает новые возможности в конструировании архитектуры микросхем на основе планарных нитевидных кристаллов кремния, обладающих уникальными электромеханическими свойствами.
Примеры осуществления способа
Пример 1
Монокристаллические пластины кремния с затравками в виде частиц золота диаметрами 80 мкм нагревали до температуры синтеза 880°С с градиентом температур 50°С/см, обеспечивающим перепад температуры по диаметру капли катализатора 0,4°С. Далее подавали тетрахлорид кремния при мольном соотношении MSiCl4/MH2=0,015 и выращивали планарные нитевидные кристаллы кремния. Время выращивания составляло 60 мин. Кристаллы имели длину 160-170 мкм.
Пример 2
Выращивание планарных нитевидных кристаллов кремния проводилось аналогично примеру 1, но перепад температуры по диаметру капли катализатора устанавливался 0,16°С. Кристаллы имели длину 80-100 мкм.
Пример 3
Выращивание планарных нитевидных кристаллов кремния проводилось аналогично примеру 1, но мольное соотношение составляло MSiCl4/MH2=0,005. Время выращивания 20 минут. Длина кристаллов составила 30-40 мкм.
Пример 4
Выращивание планарных нитевидных кристаллов кремния проводилось аналогично примеру 1, но в качестве металла катализатора использовали частицы Cu диаметром 30-80 мкм. Диаметр кристаллов соответствовал диаметру частиц катализаторов, а длина составляла от 80 до 200 мкм.
Пример 5
Выращивание планарных нитевидных кристаллов германия проводилось аналогично примеру 1, но в качестве питающего материала подавали тетрахлорид германия при мольном соотношении MGeCl4/MH2=0,01 и температура роста соответствовала 730°С. В результате получены планарные нитевидные кристаллы германия длиной 100-120 мкм.
Пример 6
Выращивание планарных нитевидных кристаллов проводилось аналогично примеру 1, но в качестве питающего материала использовали смесь тетрахлорида кремния и тетрахлорида германия 1:1 при общем мольном соотношении MGeCl4+SiCl4/MH2=0,005 и температура роста соответствовала 830°С. Получены полупроводниковые планарные нитевидные кристаллы твердого раствора SixGex-1 длиной 100-120 мкм.
Способ выращивания планарных нитевидных кристаллов полупроводников применим ко всему классу полупроводниковых материалов, но проверка его осуществлялась на нитевидных кристаллах Si, Ge и твердого раствора SixGex-1.
Claims (1)
- Способ выращивания планарных нитевидных кристаллов полупроводников, включающий подготовку полупроводниковой пластины путем нанесения на ее поверхность частиц катализатора с последующим помещением подготовленной пластины в ростовую печь, нагревом и созданием в пластине продольного температурного градиента 10-100°C/см, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют осаждение кристаллизуемого вещества из паровой фазы по схеме пар→капельная жидкость→кристалл, молярное соотношение компонентов газовой фазы к водороду устанавливают в интервале 0,005-0,015, а перепад температуры по диаметру капли катализатора обеспечивают в диапазоне 0,15-0,4°C.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013100294/05A RU2536985C2 (ru) | 2013-01-09 | 2013-01-09 | Способ выращивания планарных нитевидных кристаллов полупроводников |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013100294/05A RU2536985C2 (ru) | 2013-01-09 | 2013-01-09 | Способ выращивания планарных нитевидных кристаллов полупроводников |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013100294A RU2013100294A (ru) | 2014-07-20 |
RU2536985C2 true RU2536985C2 (ru) | 2014-12-27 |
Family
ID=51214899
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013100294/05A RU2536985C2 (ru) | 2013-01-09 | 2013-01-09 | Способ выращивания планарных нитевидных кристаллов полупроводников |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2536985C2 (ru) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2099808C1 (ru) * | 1996-04-01 | 1997-12-20 | Евгений Инвиевич Гиваргизов | Способ выращивания ориентированных систем нитевидных кристаллов и устройство для его осуществления (варианты) |
RU2010139462A (ru) * | 2010-09-24 | 2012-03-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический универси | Способ получения "отрицательных" нитевидных кристаллов кремния |
-
2013
- 2013-01-09 RU RU2013100294/05A patent/RU2536985C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2099808C1 (ru) * | 1996-04-01 | 1997-12-20 | Евгений Инвиевич Гиваргизов | Способ выращивания ориентированных систем нитевидных кристаллов и устройство для его осуществления (варианты) |
RU2010139462A (ru) * | 2010-09-24 | 2012-03-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический универси | Способ получения "отрицательных" нитевидных кристаллов кремния |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ГИВАГИЗОВ Е.И., Рост нитевидных и пластинчатых кристаллов из пара, Москва, Издательство "Наука", 1977, стр.55-60, 68-69 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013100294A (ru) | 2014-07-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5921498B2 (ja) | シリコン単結晶の製造方法 | |
KR101323901B1 (ko) | 용융 미립자를 이용하여 실리콘으로 이루어진 단결정을 제조하는 방법 | |
JPH05319983A (ja) | 単結晶の製造方法 | |
TW200829731A (en) | Method for manufacturing semiconductor single crystal by czochralski technology, and single crystal ingot and wafer manufactured using the same | |
CN107109686A (zh) | 用于制造单晶硅锭的方法、以及通过该制备方法制备的单晶硅锭 | |
KR101813985B1 (ko) | 단결정 이황화 몰리브덴 박막의 제조방법 | |
CN101300686A (zh) | 用于制造硅或其他晶体材料的带的装置及制造方法 | |
RU2536985C2 (ru) | Способ выращивания планарных нитевидных кристаллов полупроводников | |
US20060260536A1 (en) | Vessel for growing a compound semiconductor single crystal, compound semiconductor single crystal, and process for fabricating the same | |
RU2456230C2 (ru) | Способ получения эпитаксиальных нитевидных нанокристаллов полупроводников постоянного диаметра | |
Rudolph | Defect formation during crystal growth from the melt | |
CN103857835A (zh) | 半导体晶片的制造方法和半导体晶片 | |
KR20110099481A (ko) | 단결정 냉각장치 및 단결정 냉각장치를 포함하는 단결정 성장장치 | |
CN110004486A (zh) | 一种改善碳化硅晶体生长效率的方法 | |
JP6290973B2 (ja) | 保持体、結晶製造装置および結晶の製造方法 | |
Pätzold et al. | Detached growth behaviour of 2-in germanium crystals | |
CN205907390U (zh) | 一种多坩埚液相外延SiC晶体的承载装置 | |
Nebol'sin et al. | Capillary stability of vapor-liquid-solid crystallization processes and their comparison to Czochralski and Stepanov growth methods | |
JP6039480B2 (ja) | 保持体、結晶製造装置および結晶の製造方法 | |
Barinovs et al. | Numerical study of silicon crystal ridge growth | |
JP5262346B2 (ja) | シリコン単結晶の製造方法 | |
JP6645408B2 (ja) | シリコン単結晶製造方法及びシリコン単結晶ウェーハ | |
WO2020104444A1 (en) | Crystal growth apparatus | |
JP2013189355A (ja) | 炭化珪素単結晶の製造方法および製造装置 | |
US12077881B2 (en) | Crystal growth apparatus |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150110 |