RU2578104C1 - Способ газофазной карбидизации поверхности монокристаллического кремния ориентации (111), (100) - Google Patents
Способ газофазной карбидизации поверхности монокристаллического кремния ориентации (111), (100) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2578104C1 RU2578104C1 RU2015112382/28A RU2015112382A RU2578104C1 RU 2578104 C1 RU2578104 C1 RU 2578104C1 RU 2015112382/28 A RU2015112382/28 A RU 2015112382/28A RU 2015112382 A RU2015112382 A RU 2015112382A RU 2578104 C1 RU2578104 C1 RU 2578104C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- silicon
- substrate
- gas
- hydrogen
- mixture
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 9
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 50
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 36
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 36
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 36
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 27
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 22
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 19
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 8
- HOWJQLVNDUGZBI-UHFFFAOYSA-N butane;propane Chemical compound CCC.CCCC HOWJQLVNDUGZBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims abstract description 7
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims abstract description 5
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims abstract description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 23
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims 1
- 239000010408 film Substances 0.000 abstract description 34
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 30
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 15
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 10
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 6
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract description 4
- 239000010409 thin film Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 31
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 9
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 9
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 7
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 5
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 3
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 3
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 3
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 3
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 3
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 2
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 2
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010587 phase diagram Methods 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910017855 NH 4 F Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical class [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000560 X-ray reflectometry Methods 0.000 description 1
- HMDDXIMCDZRSNE-UHFFFAOYSA-N [C].[Si] Chemical compound [C].[Si] HMDDXIMCDZRSNE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021431 alpha silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004630 atomic force microscopy Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001722 carbon compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 description 1
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 1
- 150000004678 hydrides Chemical class 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- HJELPJZFDFLHEY-UHFFFAOYSA-N silicide(1-) Chemical compound [Si-] HJELPJZFDFLHEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- -1 silicon halides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 1
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/20—Deposition of semiconductor materials on a substrate, e.g. epitaxial growth solid phase epitaxy
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
Изобретение относится к технологии получения тонких пленок полупроводниковых материалов и может быть использовано при создании полупроводниковых приборов, на основе гетеропереходов. Изобретение позволяет упростить технологию получения тонких пленок поликристаллического карбида кремния на монокристаллическом кремнии путем газофазной карбидизации монокристаллического кремния, улучшить качество пленок за счет высокой адгезии и малого рассогласования кристаллических решеток. Способ газофазной карбидизации поверхности монокристаллического кремния включает нагрев подложки за счет теплопередачи от бесконтактного нагреваемого столика, в качестве источника кремния используется сама подложка, в качестве источника углерода используется бытовая смесь пропан-бутана в соотношении 1:1000-1:10000 в присутствии смеси аргон-водорода, содержащей 10-50% водорода, нагрев поверхности подложки осуществляется до температур 1350-1405°C с использованием термотренировки до 50°C от заданной температуры, со скоростями охлаждения менее 20°C/мин, в расширенном диапазоне давлений в реакторе 5-1100 мбар, или в качестве источника углерода используются газообразные углеводороды CH4, C2H6, C6H8. 1 ил.
Description
Изобретение относится к технологии получения тонких пленок полупроводниковых материалов и может быть использовано при создании полупроводниковых приборов, на основе гетеропереходов. Изобретение позволяет упростить технологию получения карбида кремния на кремнии путем газофазной карбидизации монокристаллического кремния, улучшить качество пленок за счет высокой адгезии и малого рассогласования кристаллических решеток.
Известные способы получения пленок карбида кремния на различных подложках можно условно разбить на две группы: использование физико-химических процессов, в которых кремний для образования карбида кремния подают в зону синтеза в виде химических соединений (гидриды, галогениды кремния и др.), то есть используют «внешний» источник кремния. Другая группа способов использует «внутренний» источник кремния, то есть источником атомов кремния, образующего в ходе процесса карбид кремния, является сама подложка, на которой происходит рост карбида кремния. В этом случае используется именно кремниевая подложка. Предлагаемый способ относится к этой последней группе.
Известен способ изготовления пленки карбида кремния на поверхности кремния [1]. В способе изготовления изделия, содержащего кремниевую подложку с пленкой из карбида кремния на ее поверхности, включающем синтез пленки на поверхности подложки при совместном нагреве кремниевой подложки и контактирующей с ней углеродсодержащей пластины до температуры ниже температуры плавления кремния, синтез осуществляют в среде водорода или его смеси с инертным газом при давлении 10-100 Па. В качестве углеродсодержащей пластины предпочтительно использовать графитовую пластину. Возможно в качестве среды использовать смесь, состоящую из водорода и инертного газа с объемной концентрацией водорода 10-50%. После проведения процесса формирования слоя карбида кремния целесообразно проведение травления и/или вакуумного отжига. Возможна реализация способа, при которой углеродсодержащую пластину располагают с обеих сторон кремниевой подложки.
В качестве недостатков следует отметить невозможность использования образцов большой площади ввиду термических изгибов пластины при нагреве, что может привести к разрушению образца. Также не ясно использование газовой смеси при условии отсутствия проникновения газа в контактную область между кремнием и углеродом, а использование прессованного мелкозернистого углерода приводит к образованию дефектов на поверхности.
Известен способ формирования пленки карбида кремния на подложке по патенту [2]. Сущность изобретения: для получения пленки карбида в плазму ВЧ газового разряда вводят SiO2 и углеводородное соединение, размещают подложки в зоне конденсации паров SiC. Для повышения воспроизводимости относительного содержания SiC в пленке в плазму дополнительно вводят пары воды с расходом их по массе 10-30% от расхода углеводородного соединения.
В способе изготовления изделия, содержащего кремниевую подложку с пленкой из карбида кремния на ее поверхности, включающем синтез пленки карбида кремния на поверхности подложки путем совместного нагрева подложки и углеродсодержащего материала, в качестве углеродсодержащего материала используют твердый материал, который приводят в механический контакт с подложкой, а нагрев осуществляют при температуре 1100-1400°C [3].
Недостатком этих способов является низкая воспроизводимость состава формируемой пленки, обусловленная высокой чувствительностью состава пленки к неизбежным нерегулируемым колебаниям технологических параметров ее получения, например таких, как электрическая мощность на индукторе и расходы поступающих в плазму веществ.
Известна технология получения полупроводниковых материалов и может быть использована при создании полупроводниковых приборов [4]. В способе изготовления изделия, содержащего кремниевую подложку с пленкой карбида кремния на ее поверхности, включающем нагрев подложки и синтез пленки на поверхности подложки в газовой среде, содержащей соединения углерода, в качестве газовой среды используют оксид или диоксид углерода либо смесь оксида или диоксида углерода с инертным газом и/или азотом при давлении 20-600 Па, а нагрев кремниевой подложки осуществляют до температуры 950-1400°C. Возможно использование только оксида углерода CO или только диоксида углерода CO2. Возможно использование в качестве газовой среды смеси газов, состоящей из 45 мас.% оксида углерода CO, 50 мас. аргона и 5 мас. % азота. После проведения процесса формирования слоя карбида кремния целесообразно проведение травления и/или вакуумного отжига. Техническим результатом изобретения является повышение качества пленки карбида кремния и упрощение технологии изготовления изделия.
Данный способ малоэффективен, то есть трудность заключается во множестве предварительных этапов подготовки подложек. Недостаток заключается в использовании оксидных соединений, которые могут образовать в ходе химической реакции в составе получаемой пленки остаточные кислородные связи в виде примесей.
Изобретение по патенту может быть использовано в технологии изготовления полупроводниковых приборов, способных работать при высоких температурах [5]. Сущность изобретения: способ эпитаксиального выращивания объемных монокристаллов карбида кремния путем химического осаждения из паровой фазы на ростовой поверхности подложки в реакторе горизонтального типа включает подачу в камеру реактора с установленной в ней по меньшей мере одной подложкой газообразных реагентов, содержащих кремний и углерод, нагрев стенок камеры до температуры в пределах интервала 1800-2500°C и нагрев подложки. Реагенты подают в камеру раздельно, реагент, содержащий кремний, - по каналу вдоль камеры, а реагент, содержащий углерод, - с двух боковых сторон по каналам. Смешение реагентов происходит непосредственно в зоне ростовой поверхности подложки. Изобретение позволяет получать объемные монокристаллы SiC высокого качества и большой толщины с низкими производственными затратами и высокой производительностью.
К недостаткам данного способа следует также отнести отсутствие равномерности распределения газового потока по подложке, что вызывает неоднородности в структуре пленки. Следует отметить технологическую сложность оборудования.
Изобретение по патенту, описывающее способ получения полупроводниковых материалов [6]. Способ синтеза пленок карбида кремния на кремниевой подложке включает нагрев кремниевой подложки в среде углеродосодержащих газов пакетами импульсов излучения ксеноновых ламп с диапазоном излучения 0,2-1,2 мкм, длительностью импульсов 10-2 с, в течение 1,5-2 с при плотности энергии излучения 240-260 Дж·см-2.
К недостаткам относится отсутствие контроля равномерности распределения углеродсодержащего газа вдоль поверхности пластины, так как используются пластины минимального размера, что может привести к отсутствию равномерности покрытия кремния.
Наиболее близкими по технологической сути является способ получения изделия с эпитаксиальными слоями α-SiC на подложке с использованием конвективного нагрева графитовой подложки при нормальном давлении. Пленку осаждают из смеси газов SiH4, C3H8 и Н2 [7]. В результате пиролиза в смеси газов образуются пары карбида кремния, конденсирующиеся на подложке. Удовлетворительное качество пленки реализуется в интервале температур 1700-1850°C.
Недостатком указанного способа является сложность технологии получения, а именно: необходимость использования гидридов и галогенидов кремния (опасных с точки зрения экологической безопасности реагентов), необходимость поддержания оптимального состава компонентов в газовой смеси, сложность реализации требуемых условий процесса в больших реакторах, где сказывается неравномерность концентрации реагентов по объему за счет выработки реагентов и выделения продуктов реакции.
Задачей настоящего изобретения является разработка способа карбидизации поверхности кремниевой подложки, который обеспечит безопасность и упрощение технологии, а также снижение производственных затрат при сохранении качества, достаточного для их последующего использования в изготовлении элементов электронной техники.
Это достигается за счет использования следующих операций: использование пластин монокристаллического кремния ориентаций (111), (100), нагрев пластины осуществляется за счет теплопередачи от бесконтактно нагреваемого столика, в качестве источника Si используется сама подложка, используется бытовая смесь пропан-бутана в качестве источника углерода в соотношении 1:1000-1:10000 в присутствии смеси аргон-водорода, содержащей 10-50% водорода, нагрев поверхности подложки кремния осуществляется до температуры в диапазоне 1350-1405°C с использованием термотренировки до 50°C от заданной температуры, со скоростями охлаждения менее 20°C/мин, в расширенном диапазоне давлений в реакторе 5-1100 мбар, что позволяет получать карбид кремния над поверхностью пластины, куда он в дальнейшем оседает за счет вертикального потока газа в реакторе.
Использование нагрева пластины за счет теплопередачи позволяет добиться высокой равномерности нагрева по всей площади. При использовании индукционного нагрева металлического основания большой толщины.
Использование в качестве источника кремния подложку позволяет отказаться от использования дорогостоящих и токсичных газообразных источников кремния, а также положительно влияет на равномерность карбидизации поверхности пластины.
Использование в качестве источника углерода промышленно производимых углеводородов (например, пропан-бутан) позволяет упростить технологию получения пленок путем отсутствия необходимости смешивания источника кремния и источника углерода в необходимой пропорции. Исходя из фазовых диаграмм кремний-углерод в каждый момент времени в приповерхностной области пластины находится много кремния и мало углерода, что приводит к их взаимодействию при заданных температурах и образованию пленки карбида кремния. Также следует отказаться от использования молекул углерода, содержащих кислород, ввиду отрицательного влияния на качество поверхности. Для этих целей подходят промышленно производимые газообразные углеводороды СН4, С2Н6, C3H8 и др.
Использование смеси с соотношением углеводородов и смеси аргон-водорода, содержащей 10-50% водорода, составляет 1:1000-1:10000, что позволяет получить необходимые скорости реакции взаимодействия газа с подложкой для получения приемлемого качества пленок при заданных давлениях, однако при сильном уменьшении концентрации углерода, скорость карбидизации пленки падает ниже приемлемой, а при сильном увеличении концентрации на поверхности выпадает аморфный углерод.
Использование нагрева подложки до температур в диапазоне 1350-1405°C с использованием термотренировки до 50°C от заданной температуры позволяет испарять кремний с поверхности для взаимодействия с газом с последующей конденсацией на поверхности, согласно фазовым диаграмма растворимости кремния и углерода, при достижении температуры 1405°C происходит фазовый переход и выпадает фаза карбида кремния. При выходе за диапазон термотренировки 1450°C происходит увеличение шероховатости поверхности в связи с быстрым испарением кремния, а при температурах ниже 1300°C не происходит формирование кристаллической пленки.
Использование скоростей охлаждения менее 20°C/мин позволяет избежать образования капель кремния на подложке, что подтверждается экспериментальными результатами.
Работа в диапазоне давлений в реакторе 5-1100 мбар позволяет получать высококачественные пленки карбида кремния, т.к. от давления зависит скорость испарения, концентрация реагентов в камере.
На фиг. 1 изображен спектр комбинационного рассеяния пленки 3C-SiC на кремнии. По расшифровке спектра видно наличие пика 810-820 см-1 с высоким аспектным соотношением и пика интенсивности 970 см-1 о наличии пленки карбида кремния кубического политипа 3С-SiC высокого качества на кремнии о чем свидетельствует характерный плоский пик 900-980 см-1.
Пример конкретного выполнения.
Реакционная камера представляет собой двойную кварцевую трубу высотой 800 мм, внешним диаметром 70 мм и внутренним 56 мм, в промежуток между трубами подается охлаждающая жидкость, зазор составляет 2-2,5 мм на сторону. Бесконтактный нагрев проводящего материала столика осуществляется за счет резистивного разогрева токами Фуко, наведенными индуктором нагревателя. Максимальная мощность, выделяющаяся на индукторе, составляет порядка 12 кВт (20 В, 600 А). Верхняя крышка камеры оснащена специальным кварцевым смотровым окном (толщиной 10 мм) для выполнения пирометрического контроля температуры диаметром 45 мм и вводным штуцером для подачи газа, оснащенным удлиненным патрубком для интенсификации потока газа над целевой подложкой. Нижняя крышка камеры также оснащена штуцером для вывода газа, а также на ней смонтирована толстостенная кварцевая цилиндрическая опора столика диаметром 30 мм, таким образом, что столик располагается по центру камеры. Используя максимально большой по диаметру столик диаметром 52 мм, возможно использование стандартных полупроводниковых пластин диаметром до двух дюймов.
Подача газа осуществляется через верхнюю крышку посредством специального раструба. На стенде задается давление, скорость потока и состав газа посредством понижающих редукторов, расходомеров и натекателей. На данный момент реализовано подключение к камере аргона высшей чистоты 99,995%, смеси аргон-водорода, содержащей 10% водорода, а также бытовой смести пропан-бутана. Кроме того, к установке также возможно подключить и другие газы. Технологические параметры установки высокотемпературного формирования наноразмерных структур:
- Рабочий диапазон температур: 500-1730°C
- Скорость нагрева: до 1000°C /мин (углеродный столик)
- Скорость охлаждения: от 1°C /мин
- Максимальное время работы на температуре 1600°C: 4 часа
- Максимальное время работы на температуре 1500°C: не ограничено
- Максимальный диаметр пластин: до 52 мм
- Рабочее давление в камере: от 5 мбар до 1100 мбар
- Разброс температуры по столику: не более 10°C
Способ получения гетероэпитаксиальных пленок карбида кремния на кремниевой подложке состоит из следующих операций, выполняемых последовательно.
1. Загрузка рабочей камеры:
а) подготовка подложки, в качестве подложки используют пластину 50,1 мм диаметром монокристаллического кремния марки КДБ-7,5 (монокристаллический кремний полупроводниковой квалификации, легированный бором), толщиной 300 мкм с ориентацией поверхности, отклоненной от плоскости (111) (травление в HF:NH4F в течение 10 минут, кипячение в диметилформамиде, кипячение в дистиллированной воде 2 раза, сушка в струе сухого азота);
б) установка подложки на нагревательном столике;
в) установка специально раструба на расстоянии 30 мм над подложкой;
г) герметизация установки.
2. Создание рабочей атмосферы:
а) Откачка воздуха из рабочей камеры вакуумной системой до 5 мбар.
б) Продувка аргоном 99,995% в течениЕ 10 мин.
в) Продувка смесью аргон-водорода, содержащей 10% водорода, в течениЕ 10 мин.
3. Включение системы дозированного напуска смеси аргон-водорода и доведение давления в камере до 400 мбар.
4. Включение питания нагревателя подложки, установление температуры подложки 1405°C, установка скоростей нагрева (не более 100°C/мин) и охлаждения не более 15°C/мин до температуры 900°C, затем естественное охлаждение), установка количества итераций нагрева и охлаждения (не менее 3).
5. В течение 30 мин производить удаление оксида кремния с поверхности кремния в потоке смеси аргон-водорода.
6. После начать варьировать температуру образца на +/-5°C с целью карбидизации карбида кремния, подать в камеру смесь пропан-бутана в течение 30 с.
7. Затем прекратить подачу смеси аргон-водорода и пропан-бутана, продуть камеру аргоном и охладить до комнатной температуры.
Исследование качества пленки методами малоугловой рентгеновской рефлектометрии, атомно-силовой микроскопии и расшифровки спектров комбинационного рассеяния (фиг. 1) показывают наличие ожидаемой пленки карбида кремния политипа 3С-SiC, толщиной до 50 нм, с шероховатостью поверхности порядка 1,8 нм.
Таким образом, разработана технология для формирования на кремниевых подложках поликристаллических пленок карбида кремния с необходимыми толщинами и допустимыми механическими напряжениями. Предлагаемый способ позволяет упростить технологию получения, улучшить качество пленок и уменьшить энергетические затраты.
Источники информации
1. Патент РФ №2352019.
2. Патент РФ №2100870.
3. Патент РФ №2286616.
4. Патент РФ №2363067.
5. Патент РФ №2162117.
6. Патент РФ №2341847.
7. Патент США №3520740 - прототип.
Claims (1)
- Способ газофазной карбидизации поверхности монокристаллического кремния ориентации (111), (100), включающий нагрев подложки в углеродсодержащей среде в присутствии водорода, отличающийся тем, что нагрев пластины осуществляется за счет теплопередачи от бесконтактно нагреваемого столика, в качестве источника кремния используется сама подложка, в качестве источника углерода используется бытовая смесь пропан-бутана в соотношении 1:1000-1:10000 в присутствии смеси аргон-водорода, содержащей 10-50% водорода, нагрев поверхности подложки осуществляется до температур 1350-1405°C с использованием термотренировки до 50°C от заданной температуры, со скоростями охлаждения менее 20°C/мин, в расширенном диапазоне давлений в реакторе 5-1100 мбар, или в качестве источника углерода используются газообразные углеводороды СН4, С2Н6, C3H8.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015112382/28A RU2578104C1 (ru) | 2015-04-07 | 2015-04-07 | Способ газофазной карбидизации поверхности монокристаллического кремния ориентации (111), (100) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015112382/28A RU2578104C1 (ru) | 2015-04-07 | 2015-04-07 | Способ газофазной карбидизации поверхности монокристаллического кремния ориентации (111), (100) |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2578104C1 true RU2578104C1 (ru) | 2016-03-20 |
Family
ID=55648177
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015112382/28A RU2578104C1 (ru) | 2015-04-07 | 2015-04-07 | Способ газофазной карбидизации поверхности монокристаллического кремния ориентации (111), (100) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2578104C1 (ru) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4855254A (en) * | 1987-12-19 | 1989-08-08 | Fujitsu Limited | Method of growing a single crystalline β-SiC layer on a silicon substrate |
| JP2002037699A (ja) * | 2000-07-25 | 2002-02-06 | Osaka Prefecture | 単結晶炭化シリコン薄膜の製造方法及びその製造装置 |
| RU2286616C2 (ru) * | 2005-02-10 | 2006-10-27 | Фонд поддержки науки и образования | Способ изготовления изделия, содержащего кремниевую подложку с пленкой из карбида кремния на ее поверхности |
| US7128788B2 (en) * | 2002-01-31 | 2006-10-31 | Osaka Prefecture | Manufacturing apparatus for buried insulating layer-type semiconductor silicon carbide substrate |
| RU2352019C1 (ru) * | 2007-08-03 | 2009-04-10 | Фонд поддержки науки и образования | Способ изготовления изделия, содержащего кремниевую подложку с пленкой из карбида кремния на ее поверхности |
| RU2363067C1 (ru) * | 2008-01-22 | 2009-07-27 | Фонд поддержки науки и образования | Способ изготовления изделия, содержащего кремниевую подложку с пленкой из карбида кремния на ее поверхности |
-
2015
- 2015-04-07 RU RU2015112382/28A patent/RU2578104C1/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4855254A (en) * | 1987-12-19 | 1989-08-08 | Fujitsu Limited | Method of growing a single crystalline β-SiC layer on a silicon substrate |
| JP2002037699A (ja) * | 2000-07-25 | 2002-02-06 | Osaka Prefecture | 単結晶炭化シリコン薄膜の製造方法及びその製造装置 |
| US7128788B2 (en) * | 2002-01-31 | 2006-10-31 | Osaka Prefecture | Manufacturing apparatus for buried insulating layer-type semiconductor silicon carbide substrate |
| RU2286616C2 (ru) * | 2005-02-10 | 2006-10-27 | Фонд поддержки науки и образования | Способ изготовления изделия, содержащего кремниевую подложку с пленкой из карбида кремния на ее поверхности |
| RU2352019C1 (ru) * | 2007-08-03 | 2009-04-10 | Фонд поддержки науки и образования | Способ изготовления изделия, содержащего кремниевую подложку с пленкой из карбида кремния на ее поверхности |
| RU2363067C1 (ru) * | 2008-01-22 | 2009-07-27 | Фонд поддержки науки и образования | Способ изготовления изделия, содержащего кремниевую подложку с пленкой из карбида кремния на ее поверхности |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104695012A (zh) | 一种制备大尺寸高质量石墨烯单晶的装置及方法 | |
| JP2001316821A (ja) | 低抵抗率炭化珪素 | |
| JP6609300B2 (ja) | 特定形状の炭化ケイ素の育成装置 | |
| US20140272136A1 (en) | Chemical Vapor Deposition of Graphene Using a Solid Carbon Source | |
| JP2002047066A (ja) | ＳｉＣ成形体およびその製造方法 | |
| RU2286616C2 (ru) | Способ изготовления изделия, содержащего кремниевую подложку с пленкой из карбида кремния на ее поверхности | |
| Yarbrough et al. | Diamond deposition at low substrate temperatures | |
| RU2578104C1 (ru) | Способ газофазной карбидизации поверхности монокристаллического кремния ориентации (111), (100) | |
| TW201928132A (zh) | 一種用於生長特定形狀碳化物之裝置 | |
| JPH05254808A (ja) | 窒化ほう素の作製方法 | |
| US6558742B1 (en) | Method of hot-filament chemical vapor deposition of diamond | |
| RU2521142C2 (ru) | Способ получения гетероэпитаксиальных пленок карбида кремния на кремниевой подложке | |
| Rouessac et al. | Preparation of silica membranes inside macroporous alumina tubes by PECVD for hydrogen selectivity | |
| CN109796977A (zh) | 一种铯碘铅发光材料的制备方法 | |
| RU2522812C1 (ru) | Способ изготовления изделий, содержащих кремниевую подложку с пленкой из карбида кремния на ее поверхности и реактор для осуществления способа | |
| RU2352019C1 (ru) | Способ изготовления изделия, содержащего кремниевую подложку с пленкой из карбида кремния на ее поверхности | |
| JP7484515B2 (ja) | 排ガス処理方法および炭化珪素多結晶ウエハの製造方法 | |
| JP2803396B2 (ja) | ダイヤモンド薄膜合成装置 | |
| Park et al. | The bond structures and properties of chemically vapour deposited amorphous SiC | |
| CN113716567B (zh) | 基于直流脉冲激发的碳化硅纳米管制备方法 | |
| RU2286617C2 (ru) | Способ получения изделия, содержащего кремниевую подложку с пленкой из карбида кремния на ее поверхности | |
| RU2558812C1 (ru) | Способ получения покрытия из карбида кремния на кварцевом изделии | |
| Kabbara et al. | Hexagonal boron nitride thin films synthesis by micro hollow cathode discharges | |
| JP7484516B2 (ja) | 排ガス処理方法および炭化珪素多結晶ウエハの製造方法 | |
| RU2378739C2 (ru) | Способ получения боросодержащих пленок |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20180410 Effective date: 20180410 |