RU2673515C2 - Способ подачи газов в реактор для выращивания эпитаксиальных структур на основе нитридов металлов iii группы и устройство для его осуществления - Google Patents
Способ подачи газов в реактор для выращивания эпитаксиальных структур на основе нитридов металлов iii группы и устройство для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2673515C2 RU2673515C2 RU2017103485A RU2017103485A RU2673515C2 RU 2673515 C2 RU2673515 C2 RU 2673515C2 RU 2017103485 A RU2017103485 A RU 2017103485A RU 2017103485 A RU2017103485 A RU 2017103485A RU 2673515 C2 RU2673515 C2 RU 2673515C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- reactor
- mixing chamber
- gases
- gas
- group iii
- Prior art date
Links
- 239000007789 gas Substances 0.000 title claims abstract description 146
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 90
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 41
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 41
- -1 metals nitrides Chemical class 0.000 title abstract 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 66
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 66
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 48
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 claims abstract description 41
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 32
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N trimethylgallium Chemical compound C[Ga](C)C XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- RGGPNXQUMRMPRA-UHFFFAOYSA-N triethylgallium Chemical compound CC[Ga](CC)CC RGGPNXQUMRMPRA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N trimethylaluminium Chemical compound C[Al](C)C JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N trimethylindium Chemical compound C[In](C)C IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 29
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 19
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 19
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 38
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 12
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 10
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 abstract description 9
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 abstract description 5
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 abstract description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000008246 gaseous mixture Substances 0.000 abstract 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 35
- 150000002902 organometallic compounds Chemical class 0.000 description 21
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 10
- 230000008859 change Effects 0.000 description 9
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 7
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 7
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 7
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 5
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 5
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 5
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 4
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 3
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 2
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 2
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 2
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 125000002524 organometallic group Chemical group 0.000 description 2
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 150000004678 hydrides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052756 noble gas Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
- C30B25/14—Feed and outlet means for the gases; Modifying the flow of the reactive gases
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
- B01F25/20—Jet mixers, i.e. mixers using high-speed fluid streams
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
- B01F23/10—Mixing gases with gases
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
- B01F35/20—Measuring; Control or regulation
- B01F35/21—Measuring
- B01F35/211—Measuring of the operational parameters
- B01F35/2111—Flow rate
- B01F35/21112—Volumetric flow rate
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
- B01F35/20—Measuring; Control or regulation
- B01F35/21—Measuring
- B01F35/211—Measuring of the operational parameters
- B01F35/2113—Pressure
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
- B01F35/20—Measuring; Control or regulation
- B01F35/21—Measuring
- B01F35/211—Measuring of the operational parameters
- B01F35/2115—Temperature
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
- B01F35/20—Measuring; Control or regulation
- B01F35/21—Measuring
- B01F35/211—Measuring of the operational parameters
- B01F35/2116—Volume
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
- B01F35/90—Heating or cooling systems
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
- B01F35/90—Heating or cooling systems
- B01F35/92—Heating or cooling systems for heating the outside of the receptacle, e.g. heated jackets or burners
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
- C23C16/301—AIII BV compounds, where A is Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
- C23C16/303—Nitrides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
- C23C16/45502—Flow conditions in reaction chamber
- C23C16/45504—Laminar flow
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
- C23C16/45512—Premixing before introduction in the reaction chamber
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
- C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
- C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
- C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
- C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
- C23C16/45544—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the apparatus
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
- C23C16/45563—Gas nozzles
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
- C23C16/45563—Gas nozzles
- C23C16/45574—Nozzles for more than one gas
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
- C23C16/45582—Expansion of gas before it reaches the substrate
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/458—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for supporting substrates in the reaction chamber
- C23C16/4582—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs
- C23C16/4583—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs the substrate being supported substantially horizontally
- C23C16/4584—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs the substrate being supported substantially horizontally the substrate being rotated
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/52—Controlling or regulating the coating process
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
- C30B25/16—Controlling or regulating
- C30B25/165—Controlling or regulating the flow of the reactive gases
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
- C30B25/22—Sandwich processes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/38—Nitrides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
- C30B29/403—AIII-nitrides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
- C30B29/403—AIII-nitrides
- C30B29/406—Gallium nitride
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B35/00—Apparatus not otherwise provided for, specially adapted for the growth, production or after-treatment of single crystals or of a homogeneous polycrystalline material with defined structure
- C30B35/005—Transport systems
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B35/00—Apparatus not otherwise provided for, specially adapted for the growth, production or after-treatment of single crystals or of a homogeneous polycrystalline material with defined structure
- C30B35/007—Apparatus for preparing, pre-treating the source material to be used for crystal growth
-
- 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
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02367—Substrates
- H01L21/0237—Materials
- H01L21/02373—Group 14 semiconducting materials
- H01L21/02378—Silicon carbide
-
- 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
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02518—Deposited layers
- H01L21/02521—Materials
- H01L21/02538—Group 13/15 materials
- H01L21/0254—Nitrides
-
- 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
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02612—Formation types
- H01L21/02617—Deposition types
- H01L21/0262—Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
- B01F2025/91—Direction of flow or arrangement of feed and discharge openings
- B01F2025/917—Laminar or parallel flow, i.e. every point of the flow moves in layers which do not intermix
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
- B01F35/90—Heating or cooling systems
- B01F2035/99—Heating
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F2215/00—Auxiliary or complementary information in relation with mixing
- B01F2215/04—Technical information in relation with mixing
- B01F2215/0409—Relationships between different variables defining features or parameters of the apparatus or process
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/778—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Изобретение относится к технологии химического нанесения покрытий путем разложения газообразных соединений, в частности к способам введения газов в реакционную камеру. Способ подачи газов в реактор для выращивания эпитаксиальных структур на основе нитридов металлов III группы включает подачу в реактор 5 по крайней мере двух потоков реакционноспособных газов через вводы 1, 2, по крайней мере один из которых смешивают с несущим газом, при этом в качестве источников металлов третьей группы используют триметилалюминий, триметилиндий, триметилгаллий, триэтилгаллий, или их смеси, а в качестве источника азота - аммиак, при этом перед подачей в реактор 5 потоки газов 1, 2 направляют в по крайней мере одну соединенную с реактором 5 смесительную камеру 3 для приготовления газовой смеси, после чего полученную смесь газов направляют в реактор 5 через формирователь потока 4, выполненный с возможностью подачи газов в реактор 5 в условиях ламинарного потока, причем стенки камеры 3 и формирователь потока 4 нагревают и поддерживают при температуре 40÷400°C, при этом внутренний объем смесительной камеры 3 удовлетворяет соотношению V<Q⋅(P/P)4T/T)⋅1 с, где V - внутренний объем смесительной камеры, см; Q - полный суммарный расход газа через камеру, выраженный в см/с, при стандартных условиях; P, T- стандартные значения температуры и давления (Р=10Па, Т=273,15 К); Р - давление в смесительной камере; Т - минимальная температура в смесительной камере. Благодаря этим решениям в реактор подается газовая смесь с заданными параметрами и одновременно исключается формирование вихрей. Максимально допустимый объем смесительной камеры выбирают с учетом параметров процесса и требуемой резкости гетеропереходов. В результате обеспечивается возможность получения многослойных эпитаксиальных структур с заданными параметрами на основе нитридов металлов III группы при одновременном повышении производительности и рентабельности процесса их эпитаксиального выращивания. 2 з.п. ф-лы, 8 ил., 3 табл.
Description
Изобретение относится к способам химического нанесения покрытий путем разложения газообразных соединений, в частности к способам введения газов в реакционную камеру. Изобретение относится также к средствам для подачи газов в реакционную камеру, предусматривающих регулирование потоков реакционноспособных газов.
Для выращивания эпитаксиальных структур на основе нитридов металлов III группы в реактор подают аммиак и пары металлорганических соединений в потоке несущего газа. Реакционноспособными газами, образующими нитриды металлов III группы являются металлоорганические соединения и аммиак.
Известен способ подачи газов в реактор для выращивания эпитаксиальных структур на основе нитридов металлов III группы на кристаллических подложках (Патент US6972050 «Method for depositing in particular crystalline layers, and device for carrying out the method», filled May 15, 2003, date of patent Dec. 06, 2005), включающий подачу в реактор двух реакционноспособных газов, каждый из которых смешан с несущим газом. В известном способе для подачи в реактор каждой из смесей содержащей реакционноспособный газ предусмотрен отдельный ввод, причем эти вводы расположены друг над другом между основанием и крышкой реактора; эти вводы имеют различное поперечное сечение. В качестве реакционноспособного газа, подаваемого через ввод, расположенный ближе к основанию реактора, используются гидриды V группы, а в качестве реакционноспособного газа, который подается через ввод, расположенный ближе к крышке реактора используются металлорганические соединения III группы, в качестве несущих газов - азот, водород и их смеси.
Условия подачи реакционноспособного газа через ввод расположенный ближе к крышке реактора в известном способе выбираются таким образом, что газ пиролитически разлагается во входной зоне не достигнув подложек, и продукты этого разложения диффундируют к подложкам поперек потока, подаваемого через ввод расположенный ближе к основанию реактора, на котором расположены подложки, соединяются на подложках с продуктами пиролиза газа, подаваемого через вход, расположенный ближе к основанию реактора, в результате чего происходит формирование кристаллического слоя.
Необходимым условием реализации известного способа является подбор кинематической вязкости несущего газа, подаваемого через ввод расположенный ближе к крышке реактора, путем смешивания двух газов с разными кинематическими вязкостями, для обеспечения необходимого соотношения чисел Рейнольдса для газовых потоков, протекающих через изолированные вводы.
Известный способ позволяет выращивать полупроводниковые соединения - арсениды и фосфиды металлов третьей группы. Однако, при выращивании многослойных эпитаксиальных структур на основе нитридов металлов третьей группы использование известного способа имеет существенные ограничения. В частности, большой диапазон соотношений реакционноспособных газов и несущих газов, необходимый для выращивания различных нитридов металлов третьей группы, входящих в состав многослойных эпитаксиальных структур, не позволяет в ряде случаев обеспечить необходимое соотношение чисел Рейнольдса для газовых потоков, протекающих через изолированные вводы. Невыполнение указанного соотношения приводит к возникновению в реакторе вихревых потоков, которые снижают качество выращиваемых структур, их однородность по площади, и оказывают отрицательное влияние на воспроизводимость технологического процесса. Кроме того, необходимость подбора кинематической вязкости несущего газа, путем смешивания двух газов, кинематические вязкости которых существенно отличаются друг от друга, понижает рентабельность технологического процесса. В частности, при выращивании GaN, AlN и AlGaN необходимо к водороду - самому легкому из возможных несущих газов, обеспечивающему самый высокий коэффициент диффузии продуктов пиролиза металлоорганических соединений, добавлять газ с большей молекулярной массой (например, азот). Это приводит к снижению коэффициента диффузии продуктов пиролиза металлоорганических соединений, что понижает эффективность их диффузионного транспорта к подложке, понижая скорость роста и тем самым - понижая рентабельность процесса. При выращивании слоев InGaN в реактор недопустимо подавать водород. Это означает, что для подбора кинематической вязкости несущего газа, необходимо использовать дорогостоящий гелий, что также снижает рентабельность процесса.
Кроме того, при выращивании эпитаксиальных структур на основе нитридов металлов III группы скорость роста эпитаксиальных слоев, а значит и производительность оборудования, ограничена паразитными реакциями в газовой фазе между металлорганическими соединениями и аммиаком. Известный способ не позволяет их предотвратить. Аммиак имеет более высокий коэффициент диффузии, чем пары металлоорганических соединений. Поэтому диффузия аммиака из области его входа в реактор в область входа в реактор металлоорганических соединений происходит быстрее, чем встречная диффузия металлорганических соединений в область вблизи подложек. В результате, в реакторе возникает область с повышенной концентрацией смеси металлорганических соединений с аммиаком, что повышает интенсивность этих паразитных реакций, снижая скорость роста. Эффективное подавление влияния паразитных реакций на процесс роста возможно при существенном уменьшении времени прохождения газовой смеси через горячую область реактора за счет существенного увеличения потоков газов, подаваемых в реактор. Однако, в известном способе при этом происходят следующие нежелательные процессы:
- во-первых, при высокой скорости газового потока нарушается первое условие известного способа: металлорганические соединения не успевают пиролитически разложиться во входной зоне реактора;
- во-вторых, при высокой скорости потока газов через реактор продукты пиролитического разложения металлоорганических соединений не успевают продиффундировать через близкий к подложкам слой газа, состоящий преимущественно из смеси несущего газа с аммиаком, что понижает скорость роста по сравнению с теоретически достижимой и приводит к существенному снижению эффективности использования дорогостоящих металлоорганических соединений, большая часть продуктов пиролитического разложения которых покидает реактор неиспользованной. Указанные нежелательные процессы существенно снижают рентабельность известного способа и оборудования для его использования.
Повышение рентабельности процесса выращивания эпитаксиальных структур может быть достигнуто за счет использования способа осаждения, предусматривающего подачу в реактор паров металлорганических соединений в смеси с несущим газом через ввод, расположенный у основания реактора на котором располагаются подложки (Заявка US 2007031991 «Method for depositing compounds on a substrate by means of metalorganic chemical vapor deposition», filled Feb. 20, 2004, published Feb. 08, 2007). Также как и в способе, рассмотренном выше, необходимое соотношение чисел Рейнольдса для газовых потоков, протекающих через изолированные вводы, не может быть обеспечено, что сопровождается возникновением вихревых потоков. Известный способ позволяет подавить быстрое формирование поликристаллических депозитов на потолке реактора, однако поликристаллические депозиты с высокой скоростью образуются на основании реактора перед подложками, что также нежелательно.
Известен также способ подачи газов в реактор для выращивания эпитаксиальных структур на основе нитридов металлов III группы, включающий подачу в реактор, по крайней мере, двух потоков реакционноспособных газов, по крайне мере один из которых смешивают с несущим газом (Патент US 8980000 «Density-matching alkyl push flow for vertical flow rotating disk reactors», filled Oct. 6, 2006, date of patent Mar. 17, 2015) - прототип.
Для выращивания эпитаксиальных структур на основе нитридов металлов III группы известный способ предусматривает подачу в реактор через разные вводы паров различных реакционноспособных газов содержащих металлы третьей группы в смеси с разными несущими газами. При этом способ предусматривает, что как минимум один из несущих газов формируется путем смешивания двух газов с разными плотностями. Способ также предусматривает подбор параметров газовых смесей, подаваемых в реактор через разные вводы путем регулирования расходов газовых смесей и состава несущего газа таким образом, что на входе в реактор их линейные скорости и плотности оказываются равными, что позволяет избежать формирования вихрей в реакторе и достичь высокой однородности параметров процесса осаждения.
Однако для получения многослойных эпитаксиальных структур с заданными характеристиками, также как и в известном способе, рассмотренном выше, сказывается необходимость использования газов с большим разбросом параметров при достаточно широких диапазонах их количественных соотношений. Также же, как и в способе, рассмотренном выше, для выращивания слоев InGaN требуется использование дорогостоящего гелия, а для выращивания GaN, AlN или AlGaN для выполнения требований способа в части одновременного равенства скоростей и плотностей в качестве несущего газа, подаваемого совместно с металлорганическими соединениями, необходимо использовать азот или благородный газ в высокой молекулярной массой, что снижает эффективность диффузии продуктов пиролиза металлорганических соединений к подложкам через обедненный слой и приводит к снижению скорости роста и эффективности использования дорогостоящих металлорганических соединений.
Кроме того, при использовании известного способа в реакторе возникают области с повышенной концентрацией металлоорганических соединений, диффузионное проникновение аммиака в которые способствует ускорению паразитных реакций в газовой фазе. Чтобы получить многослойные эпитаксиальные структуры с заданными характеристиками для получения различных слоев требуются различные потоки реакционноспособных газов и четкое выполнение условий проведения технологического процесса. Даже при незначительных отклонениях от заданных параметров образуются вихревые потоки, отрицательно влияющие на параметры выращиваемого слоя.
Известно устройство для подачи газов в реактор для выращивания эпитаксиальных структур на основе нитридов металлов III группы (Патент US 6972050 «Method for depositing in particular crystalline layers, and device for carrying out the method», filled May 15, 2003, date of patent Dec. 06, 2005). Устройство включает два ввода для подачи в реактор реакционноспособных газов. Вводы расположены друг над другом между основанием и крышкой реактора и имеют различные поперечные сечения. Для регулирования соотношения поперечных сечений вводов в устройстве могут быть предусмотрены сменные элементы или система механического изменения соотношения поперечных сечений вводов. Однако и в том и в другом случае невозможно обеспечить диапазон условий проведения процесса, необходимый для получений многослойных эпитаксиальных структур с заданными характеристиками из-за недостаточно гибкой и оперативной регулировки и невозможности одновременного обеспечения всех заданных условий проведения процесса, что в частности связано с тем, что конструкцией устройства предусмотрен пиролиз металлоорганических соединений до достижения ими подложки. Кроме того, наличие подвижных элементов в системе подачи газов в реактор отрицательно влияет на воспроизводимость эпитаксиального процесса вследствие неизбежных погрешностей возникающих в процессе перемещения и усложняет конструкцию системы инжекции газов в реактор.
Известно также устройство для подачи газов в реактор для выращивания эпитаксиальных структур на основе нитридов металлов третьей группы содержащее, по меньшей мере, два ввода для подачи реакционноспособных газов и систему инжекции газов в реактор (Патент US 8980000 «Density-matching alkyl push flow for vertical flow rotating disk reactors», filled Oct. 6, 2006, date of patent Mar. 17, 2015) - прототип.
Система инжекции газов в реактор в известном устройстве включает большое количество вводов. К каждому из вводов, для подачи реакционноспособного газа подключены как минимум три регулятора расхода газа: для подачи двух различных несущих газов с различной плотностью и самого реакционноспособного газа. Каждый регулятор расхода газа имеет ошибку регулирования, и чем больше количество таких регуляторов используется в устройстве, тем выше может оказаться суммарная ошибка, которая усугубляется в процессе постоянного изменения параметров подаваемых в реактор газовых потоков, необходимых для получения многослойных эпитаксиальных структур и их заданные характеристики не могут быть обеспечены.
Анализ недостатков рассмотренных выше способов и устройств, влияющих на характеристики многослойных эпитаксиальных структур на основе металлов III группы показал, что причиной этих недостатков является раздельный ввод в реактор паров металлоорганических соединений металлов третьей группы и аммиака, необходимость сложного регулирования параметров газовых потоков подаваемых в реактор, что усложняет оборудование, сопровождается нежелательными явлениями внутри реактора и не позволяет осуществлять четкую и гибкую и оперативную регулировку параметров процесса.
Задачей создания изобретения является обеспечение возможности получения многослойных эпитаксиальных структур с заданными параметрами на основе нитридов металлов III при одновременном повышении производительности и рентабельности процесса эпитаксиального выращивания.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе подачи газов в реактор для выращивания эпитаксиальных структур на основе нитридов металлов III группы, включающем подачу в реактор, по крайней мере, двух потоков реакционноспособных газов, по крайне мере один из которых смешивают с несущим газом, перед подачей в реактор потоки газов направляют в соединенную с реактором смесительную камеру, стенки которой и зону соединения камеры с реактором предварительно нагревают до температуры 40÷400°C, смешивают, а затем подают в реактор в условиях ламинарного потока.
В качестве одного из реакционноспособных газов - источника металлов III группы - целесообразно использовать триметилалюминий, триметилиндий, триметилгаллий, триэтилгаллий или их смеси, а в качестве реакционноспособного газа - источника азота - аммиак.
В качестве несущего газа целесообразно использовать водород.
При некоторых условиях в качестве несущего газа целесообразно использовать смесь азота с водородом с содержанием азота не более 5%.
В качестве несущего газа в некоторых случаях целесообразно использовать азот.
Поставленная задача также решается за счет того, что в устройстве для подачи газов в реактор для выращивания эпитаксиальных структур на основе нитридов металлов третьей группы содержащем, по меньшей мере, два ввода для подачи реакционноспособных газов и систему инжекции газов в реактор, система инжекции газов в реактор выполнена в форме, по крайней мере, одной смесительной камеры для приготовления газовой смеси и формирователя потока, выполненного с возможностью подачи газов в реактор в условиях ламинарного потока, соединяющего смесительную камеру с входом в реактор, смесительная камера и формирователь потока снабжены средствами поддержания заданной температуры, при этом внутренний объем камеры удовлетворяет соотношению:
где: V - внутренний объем смесительной камеры, см3;
Q - полный суммарный расход газа через камеру, см3/с, при стандартных условиях;
Pst/P - отношение давления при стандартных условиях (Р=105 Па, Т=273,15 К) к максимальному давлению в смесительной камере;
T/Tst - отношение минимальной температуры в смесительной камере к температуре при стандартных условиях (Р=105 Па, Т=273,15 К).
В соответствии с предлагаемым изобретением перед подачей в реактор все потоки газов (реакционноспособных и несущих) направляют в соединенную с реактором смесительную камеру. В этом случае не возникает необходимости выравнивать скорости и плотности газов в различных газовых вводах за счет смешивания нескольких типов несущих газов с различной плотностью. В смесительной камере газы смешивают, а затем, подают в реактор в условиях ламинарного потока. Такой способ подачи позволяет устранить главную проблему, возникающую при использовании всех известных способов - формирование вихрей в реакторе образующихся в процессе раздельной подачи в реактор различных газов по различным газовым вводам. В смесительной камере формируется газовая смесь с едиными заданными параметрами (плотность, расход, химический состав). При последующей подаче этой смеси в реактор в нем не возникает областей с разной плотностью газа. Причем, это преимущество реализуется при любом соотношении расходов различных реакционноспособных газов и несущего газа и при любом типе несущего газа. Тем самым создается возможность введения в реактор газовой смеси, оптимальной по составу для протекания процесса эпитаксиального роста, и отсутствует необходимость введения в реактор дополнительных потоков несущих газов с исключительной целью - выровнять плотности газов в различных газовых вводах.
Поскольку перемешанные в смесительной камере потоки газов подают в реактор в условиях ламинарного потока, на любом отрезке от смесительной камеры до подложек, расположенных в реакторе исключается формирование вихрей, наличие которых приводит к неоднородности свойств выращиваемой структуры по площади. За счет исключения вихревых потоков, кроме того, повышается резкость интерфейсов выращиваемой многослойной эпитаксиальной структуры, поскольку любой вихрь является аккумулятором реакционноспособных газов, задерживает часть подаваемых газов в своем объеме и медленно выделяет их обратно в остальной объем реактора.
В предлагаемом способе стенки смесительной камеры, в которой происходит смешение всех газов, которые затем подаются в реактор и зону соединения камеры с реактором перед подачей в нее потоков газов нагревают.
Это обусловлено тем, что при смешивании аммиака с парами металлорганических соединений при комнатной температуре между ними происходят химические реакции с образованием молекул аддуктов. Сами по себе аддукты также являются реакционноспособными газами, однако при комнатной температуре, из-за низкого равновесного давления их паров, происходит их конденсация на стенках смесительной камеры.
Нагрев смесительной камеры и зоны соединения камеры с реактором позволяет исключить следующие нежелательные явления:
- поступление в реактор реакционноспособных газов, в количестве меньшем, чем требуется из-за конденсации аддуктов, что отрицательно сказывается на характеристиках свойств выращиваемой эпитаксиальной структуры,
- при выращивании многослойных эпитаксиальных структур с заданными характеристиками, состоящими из нескольких слоев нитридов металлов III группы разного состава, после прекращения подачи какого-либо реакционноспособного газа происходит медленное испарение соответствующего аддукта со стенок объема, в котором происходило смешивание, и этот аддукт потоком несущего газа доставляется в реактор, где выступает в качестве источника материала, который в данный момент растить уже не требуется; в результате нарушается необходимая последовательность слоев, что приводит к ухудшению свойств выращиваемой структуры,
- сужение проходного сечения зоны смесительной камеры и зоны соединения при длительной конденсации паров аддуктов на стенках.
При условии, что температура стенок смесительной камеры и зоны соединения составляет 400°C и выше на них будет происходить реакции синтеза того вещества, которое планируется выращивать в реакторе на подложке, что снижает производительность и рентабельность процесса.
При температуре стенок смесительной камеры 40°C и ниже начинается процесс конденсации аддуктов на стенках смесительной камеры, в результате чего, кроме указанных выше недостатков, увеличение скорости роста при увеличении концентрации металлоорганических соединений непропорционально мало, что с одной стороны отрицательно сказывается на производительности и рентабельности процесса, а в ряде случаев не удается получить заданные характеристики слоев эпитаксиальных структур.
В качестве одного из реакционноспособных газов - источников металлов III группы целесообразно использовать триметилалюминий, триметилиндий, триметилгаллий, триэтилгаллий или их смеси, а в качестве реакционноспособного газа - источника азота - аммиак. Как показали эксперименты, химические свойства этих газов позволяют избежать осаждения продуктов их низкотемпературных реакций на стенках смесительной камеры при ее температуре в интервале 40-400°C, и таким образом, предотвратить развитие нежелательных высокотемпературных химических реакций в указанном температурном интервале. Кроме того, эти соединения широко используются в технологии эпитаксиального выращивания нитридов металлов третьей группы, доступны, относительно недороги по сравнению с другими возможными реакционноспособными газами.
В качестве несущих газов могут быть использованы азот, водород или смесь азота с водородом в любой пропорции, требуемой для обеспечения протекания необходимых химических реакций на поверхности растущего слоя.
В процессе выращивания эпитаксиальных структур на основе нитридов металлов III группы осуществляется перенос к нагретым подложкам смеси реакционноспособных газов потоком несущего газа. При этом производительность процесса зависит от скорости эпитаксиального роста, определяемой скоростью доставки молекул металлов третьей группы, зависящей от коэффициента диффузии этих молекул в несущем газе. Самый высокий коэффициент диффузии достигается при использовании водорода, имеющего самую малую молекулярную массу. Поскольку предлагаемый способ предусматривает смешивание подаваемых в реактор газовых смесей в смесительной камере и параметры процесса не зависят от параметров отдельных газовых смесей, при выращивании эпитаксиальных слоев GaN, AlN, AlGaN, в соответствии с предлагаемым способом целесообразно использовать в качестве несущего газа водород, который обеспечивает самую высокую скорость роста. При этом присутствие в составе несущего газа незначительного количества другого газа (например, азота) допустимо и обусловлено конкретными параметрами технологического процесса. Экспериментально установлено, что в случае использования в качестве несущего газа смеси азота с водородом, при увеличении в составе смеси азота более 5% наблюдается снижение скорости роста. Поскольку при выращивании индий-содержащих слоев нитридов металлов третьей группы (InGaN, InAlN, InGaAlN) присутствие водорода в реакторе недопустимо, целесообразно использовать азот как самый дешевый из несущих газов, которые могут использоваться.
При некоторых условиях при выращивании эпитаксиальных слоев нитридов металлов третьей группы для протекания необходимых химических реакций на поверхности растущего слоя в реакторе должны присутствовать и водород, и азот. В этом случае в качестве несущего газа следует использовать азот-водородную смесь в необходимой пропорции. Предлагаемое устройство позволяет использовать в качестве несущего газа азот-водородные смеси в любой пропорции без возникновения нежелательных вихрей в реакторе.
В предлагаемом устройстве система инжекции газов в реактор выполнена в форме, по крайней мере, одной смесительной камеры для приготовления газовой смеси и формирователя потока, выполненного с возможностью подачи газов в реактор в условиях ламинарного потока, соединяющего смесительную камеру с входом в реактор.
В смесительной камере формируется однородная газовая смесь, подаваемая дальше в реактор через формирователь потока, форма и размеры которого обеспечивают возможность подавать эту однородную газовую смесь в реактор в условиях ламинарного потока. В результате, при любом соотношении массовых расходов несущего газа и аммиака, а также при любом составе несущего газа в реакторе не возникает вихрей и других неоднородностей, связанных с различием в линейных скоростях или плотностях вводимых в реактор газов.
При выращивании многослойных эпитаксиальных структур нитридов металлов третьей группы необходимо обеспечить резкость границ между отдельными слоями, образующими многослойную эпитаксиальную структуру, на уровне 1 моноатомного слоя (~ 0,25 нм). В противном случае выращиваемая структура не будет обладать необходимыми свойствами. При выращивании различных слоев нитридов металлов третьей группы в реактор необходимо подавать различные реакционноспособные газы. Соответственно, при формировании границ между этими слоями необходимо производить смену состава газовой смеси в реакторе, причем смена состава должна происходить за время, не превосходящее время выращивания одного моноатомного слоя, так как минимально возможная толщина переходной области между различными слоями определяется по формуле
где d - минимально допустимая толщина переходной области между различными слоями, нм;
V - скорость роста кристаллического слоя, нм/с;
τ - время смены состава газовой смеси.
В соответствии с предлагаемым изобретением газы перед подачей в реактор смешиваются в смесительной камере, которая при этом является дополнительным объемом, снижающим резкость смены состава газовой смеси. Для обеспечения необходимой резкости смены потоков объем смесительной камеры должен удовлетворять соотношению
где: V - внутренний объем камеры, см3;
Q - полный суммарный расход газа через камеру, выраженный в см3/с, при стандартных условиях;
Pst/P - отношение давления при стандартных условиях (Р=105 Па, Т=273,15 К) к максимальному давлению в смесительной камере, равному давлению в реакторе во время эпитаксиального процесса;
T/Tst - отношение минимальной температуры в смесительной камере к температуре при стандартных условиях (Р=105 Па, Т=273,15 К).
При выполнении такого соотношения через смесительную камеру за одну секунду будет протекать объем газа, превосходящий объем смесительной камеры. Поэтому, переходной процесс смены состава газовой смеси, покидающей смесительную камеру, за 3 секунды завершиться на 95%, что обеспечит необходимую резкость смены состава смеси реакционноспособных газов, подаваемых в реактор. При большем объеме смесительной камеры изменение состава газовой смеси на выходе из смесительной камеры будет более медленным, и для обеспечения необходимой резкости границ между различными слоями нитридов металлов третьей группы, образующих многослойную эпитаксиальную структуру, необходимо уменьшать скорость ее выращивания, что увеличит время выращивания необходимой структуры, тем самым понизив рентабельность процесса.
В предлагаемом устройстве смесительная камера и формирователь потока снабжены средствами поддержания заданной температуры, которая в соответствии с предлагаемым способом составляет 40°C÷400°C, что необходимо для исключения нежелательных процессов внутри смесительной камеры и формирователя потока.
Способ и устройство для подачи газов в реактор для выращивания эпитаксиальных структур на основе нитридов металлов III группы поясняется чертежами и графиками:
ФИГ. 1 - Система инжекции газов в реактор вид сбоку;
ФИГ. 2 - Система инжекции газов в реактор вид сверху;
ФИГ. 3 - Распределение скорости роста твердого раствора AlGaN по поверхности вращающейся подложки в горизонтальном реакторе;
ФИГ.4 - Распределение скорости роста твердого раствора AlGaN по поверхности невращающейся подложки в горизонтальном реакторе;
ФИГ. 5 - Распределение состава твердого раствора AlGaN по поверхности вращающейся подложки в горизонтальном реакторе;
ФИГ. 6 - Распределение состава твердого раствора AlGaN по поверхности невращающейся подложки в горизонтальном реакторе;
ФИГ. 7 - Кривая рентгеновской дифракции от эпитаксиальной структуры на основе нитридов металлов III группы на подложке карбида кремния.
ФИГ. 8 - Карта распределения по площади подложки диаметром 100 мм слоевого сопротивления проводящего канала эпитаксиальной структуры на основе нитридов металлов III группы.
Предлагаемое устройство для подачи газов в реактор для выращивания эпитаксиальных структур на основе нитридов металлов третьей группы содержит, по крайней мере, два ввода 1 и 2 для подачи реакционноспособных газов в систему инжекции газов в реактор. Система инжекции газов в реактор содержит, по крайней мере, одну смесительную камеру 3 для приготовления газовой смеси и формирователь потока 4, соединяющий смесительную камеру с входом в реактор 5, в котором установлен держатель подложки 6 с, по крайней мере, одной размещенной на нем подложкой и нагреватель подложки 7. Смесительная камера и формирователь потока снабжены средствами поддержания заданной температуры 8. В частном случае выполнения устройства система инжекции газов в реактор может содержать несколько камер, например, состоять из пяти камер 9, 10, 11, 12, 13, каждая из которых соединена с одним из формирователей потока 14, 15, 16, 17, 18, соединяющих камеры с входом в реактор.
Предлагаемое устройство может применяться для выращивания эпитаксиальных структур на основе нитридов металлов третьей группы методом газофазной эпитаксии из металлоорганических соединений (MOVPE или MOCVD) в сочетании с реакторами различной геометрии: горизонтальными, планетарными, вертикальными.
Предлагаемое устройство может также применяться в сочетании с реакторами, имеющими несколько зон инжекции реакционноспособных газов, через которые вводятся различающиеся по величине потоки реакционноспособных газов для компенсации присущей таким реакторам неоднородности скорости роста по площади держателя подложки. В этом случае предлагаемое устройство должно иметь несколько смесительных камер, соединяющихся с реактором через индивидуальные формирователи потока или общий формирователь потока. Во время роста отдельных эпитаксиальных слоев, образующих многослойную структуру, точные значения концентрации реакционноспособных газов в этих камерах может различаться для обеспечения необходимой однородности скорости роста по площади держателя подложки.
Предлагаемое устройство может также применяться в сочетании с реакторами, имеющими дополнительные зоны ввода продувочных газов (водород, азот, аммиак или их смеси), предназначение которых - подавление присущих таким реакторам нежелательных неоднородностей или паразитного осаждения материала на элементах конструкции реактора.
Способ и устройство для подачи газов в реактор для выращивания эпитаксиальных структур на основе нитридов металлов третьей группы были опробованы в процессе эпитаксиального выращивания твердого раствора AlxGa1-xN в горизонтальном реакторе шириной 145 мм, высотой 20 мм, с расстоянием от области ввода газов в реактор до центра держателя подложки 150 мм, с одной подложкой диаметром 100 мм. Система инжекции газов в реактор состояла из смесительной камеры 3, соединенной с входом в реактор 5 с помощью формирователя потока 4. Характеристики потоков реакционноспособных газов выбирались из условия получения x≈0.14.
Характеристики процессов выращивания эпитаксиального слоя с использованием смесительной камеры и с использованием раздельных вводов для подачи в реактор реакционноспособных газов представлены в таблице 1.
На основании анализа результатов приведенных в Таблице 1 и на ФИГ. 3, ФИГ. 4, ФИГ. 5 и ФИГ. 6. можно сделать вывод, что использование предлагаемого способа и устройства для выращивания эпитаксиальных структур позволяет увеличить скорость роста на 40% при одновременном уменьшении расхода триметилгаллия на 25%, что свидетельствует о повышении рентабельности и производительности процесса. Как следует из ФИГ. 4, при использовании предлагаемого способа и устройства скорость роста эпитаксиального слоя по направлению вдоль оси реактора изменяется мало, при этом она снижается по мере удаления от входа в реактор, что свидетельствует о высокой степени утилизации триметилгаллия. В то же время, при использовании раздельных вводов происходит понижение концентрации триметилгаллия вблизи подложки, что приводит к существенной неоднородности скорости роста вдоль оси реактора, при этом скорость роста минимальна вблизи инжектора и нарастает по мере отдалению от него. Последнее означает, что значительная часть триметилгаллия не используется в процессе синтеза эпитаксиального слоя и покидает реактор неиспользованной, что приводит к низкой рентабельности процесса.
Как следует из ФИГ. 5 и ФИГ. 6, при использовании предлагаемого способа и устройства достигается большая однородность мольной доли AlN в эпитаксиальном слое AlGaN по площади подложки.
С использованием того же реактора предлагаемые способ и устройство были также опробованы в процессе выращивания многослойной эпитаксиальной структуры транзистора с высокой подвижностью электронов на основе нитридов металлов третьей группы на подложке карбида кремния диаметром 100 мм.
Состав структуры транзистора в порядке следования, начиная от подложки:
1. Буферный слой Al0.35Ga0.65N толщиной 0.2 мкм;
2. Буферный слой GaN толщиной 2.4 мкм;
3. Канальный слой GaN толщиной 0.4 мкм;
4. Барьерный слой AlN толщиной 0,75 нм;
5. Барьерный слой Al0.25Ga0.75N толщиной 21 нм.
Для подачи в реактор газов была использована система инжекции газов, включающая смесительную камеру 3 для приготовления газовой смеси и формирователь потока 4, соединяющий смесительную камеру с входом в реактор и обеспечивающий подачу газов в реактор в условиях ламинарного потока. Смесительная камера и формирователь потока были нагреты до температуры 150°C с помощью нагревателя 8.
В процессе выращивании многослойных эпитаксиальных структур необходимо производить смену химического состава подаваемой в реактор смеси несущего газа и реакционноспособных газов достаточно резко, чтобы обеспечить резкость границ между отдельными слоями, образующими многослойную структуру, на уровне 1 слоя атомов (~ 0,25 нм). При практически используемых скоростях роста это означает, что необходимо, чтобы для всех условий роста, используемых в технологическом процессе выращивания многослойной структуры, выполнялось условие,
где V - внутренний объем смесительной камеры, см3;
Q - полный суммарный расход газа через камеру, см3/с, при стандартных условиях;
Pst/P - отношение давления при стандартных условиях к максимальному давлению в смесительной камере;
T/Tst - отношение минимальной температуры в смесительной камере к температуре при стандартных условиях.
При выполнении данного условия по истечении 5 секунд с момента изменения химического состава газов, подаваемых в смесительную камеру, произойдет изменение состава газовой смеси на выходе из смесительной камеры более чем на 99%, что можно считать полной сменой состава.
Объем смесительной камеры 3 составлял 60 см3. В таблице 2 приведены значения величины 
при выращивании всех 5 слоев, образующих структуру транзистора. На основании данных представленных в Таблице 2 можно сделать вывод, что условие выполняется для всех слоев.
Условия проведения и результаты проведенного эксперимента представлены в Таблице 3.
Продолжительность технологического процесса (исключая разогрев и охлаждение реактора, длительность которых не зависит от способа подачи газов в реактор) составила 35.5 минут. Это в несколько раз меньше, чем при использовании известных методов и устройств, что подтверждает высокую производительность предлагаемого способа, и устройства для его осуществления.
На основании анализа данных, представленных в таблице 3 можно сделать вывод, что процесс выращивания эпитаксиальных структур успешно протекает в широком диапазоне давлений (100-800 mbar), при существенно различающихся суммарных расходах газов, протекающих через реактор (13-35 slm). Можно также отметить, что процесс эффективно протекает как при использовании в качестве несущего газа исключительно водорода (слои 1-3), так и при использовании смеси азота и водорода с преобладанием азота (слои 4, 5, для которых присутствие азота в реакторе необходимо исходя из особенностей химических процессов на поверхности).
Толщина и состав эпитаксиальных слоев структуры были определены по данным высокоразрешающей рентгеновской дифрактометрии.
Кривая рентгеновской дифракции от полученной эпитаксиальной структуры представлена на ФИГ. 7. Хорошее совпадение положения максимумов и формы экспериментальной кривой (сплошная линия) с положениями максимумов и формой расчетной кривой (пунктирная линия, сдвинута вверх по вертикальной оси для наглядности) показывает, что полученные параметры слоев, в частности толщина и химический состав отдельных эпитаксиальных слоев, в выращенной структуре практически совпадают с расчетными данными.
Высокая однородность полученной структуры по площади подложки подтверждена путем измерения слоевого сопротивления проводящего канала полученной эпитаксиальной структуры транзистора с высокой подвижностью электронов. Карта распределения по площади подложки диаметром 100 мм слоевого сопротивления проводящего канала эпитаксиальной структуры транзистора представлена на ФИГ. 8. Крайне малая величина неоднородности (2 Ом/кв.) по сравнению со средним значением (323 Ом/кв.) соответствует относительной неоднородности 0.6%, что подтверждает возможность выращивания однородных по площади многослойных эпитаксиальных структур с помощью предлагаемого метода и устройства.
Claims (9)
1. Способ подачи газов в реактор для выращивания эпитаксиальных структур на основе нитридов металлов III группы, включающий подачу в реактор по крайней мере двух потоков реакционноспособных газов, по крайней мере один из которых смешивают с несущим газом, при этом в качестве источников металлов третьей группы используют триметилалюминий, триметилиндий, триметилгаллий, триэтилгаллий или их смеси, а в качестве источника азота - аммиак, отличающийся тем, что перед подачей в реактор потоки газов направляют в по крайней мере одну соединенную с реактором смесительную камеру для приготовления газовой смеси, после чего полученную смесь газов направляют в реактор через формирователь потока, выполненный с возможностью подачи газов в реактор в условиях ламинарного потока, причем стенки камеры и формирователь потока нагревают и поддерживают при температуре 40÷400°C, при этом внутренний объем смесительной камеры удовлетворяет соотношению
V<Q⋅(Pst/P)4T/Tst)⋅1 с,
где V - внутренний объем смесительной камеры, см3;
Q - полный суммарный расход газа через камеру, выраженный в см3/с, при стандартных условиях;
Pst, Tst - стандартные значения температуры и давления (Р=105 Па, Т=273,15 К);
Р - давление в смесительной камере;
Т - минимальная температура в смесительной камере.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве несущего газа используют водород или смесь азота с водородом с содержанием азота не более 5%.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве несущего газа используют азот.
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017103485A RU2673515C2 (ru) | 2017-02-02 | 2017-02-02 | Способ подачи газов в реактор для выращивания эпитаксиальных структур на основе нитридов металлов iii группы и устройство для его осуществления |
| PCT/RU2018/000012 WO2018143839A1 (ru) | 2017-02-02 | 2018-01-17 | Способ подачи газов в реактор для выращивания эпитаксиальных структур на основе нитридов металлов iii группы и устройство для его осуществления |
| EP18747885.4A EP3578696B1 (en) | 2017-02-02 | 2018-01-17 | Method of feeding gases into a reactor to grow epitaxial structures based on group iii nitride metals |
| US16/476,348 US11492726B2 (en) | 2017-02-02 | 2018-01-17 | Method of feeding gases into a reactor to grow epitaxial structures based on group III nitride metals and a device for carrying out said method |
| CN201880009842.XA CN110662858B (zh) | 2017-02-02 | 2018-01-17 | 供应气体以生长基于ⅲ族金属氮化物的外延结构的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017103485A RU2673515C2 (ru) | 2017-02-02 | 2017-02-02 | Способ подачи газов в реактор для выращивания эпитаксиальных структур на основе нитридов металлов iii группы и устройство для его осуществления |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2017103485A3 RU2017103485A3 (ru) | 2018-08-02 |
| RU2017103485A RU2017103485A (ru) | 2018-08-02 |
| RU2673515C2 true RU2673515C2 (ru) | 2018-11-27 |
Family
ID=63040833
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017103485A RU2673515C2 (ru) | 2017-02-02 | 2017-02-02 | Способ подачи газов в реактор для выращивания эпитаксиальных структур на основе нитридов металлов iii группы и устройство для его осуществления |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11492726B2 (ru) |
| EP (1) | EP3578696B1 (ru) |
| CN (1) | CN110662858B (ru) |
| RU (1) | RU2673515C2 (ru) |
| WO (1) | WO2018143839A1 (ru) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040089235A1 (en) * | 2001-12-03 | 2004-05-13 | Takakazu Yamada | Mixer, and device and method for manufacturing thin-film |
| EP1444380B1 (en) * | 2001-10-26 | 2005-03-23 | Applied Materials, Inc. | Gas delivery apparatus for atomic layer deposition |
| RU2548578C2 (ru) * | 2013-08-19 | 2015-04-20 | Валерий Анатольевич Буробин | Способ получения эпитаксиального слоя бинарного полупроводникового материала на монокристаллической подложке посредством металлоорганического химического осаждения из газовой фазы |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10057134A1 (de) | 2000-11-17 | 2002-05-23 | Aixtron Ag | Verfahren zum Abscheiden von insbesondere kristallinen Schichten sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens |
| US6916398B2 (en) * | 2001-10-26 | 2005-07-12 | Applied Materials, Inc. | Gas delivery apparatus and method for atomic layer deposition |
| EP1608794B1 (de) | 2003-03-21 | 2009-09-16 | Forschungszentrum Jülich Gmbh | Vorrichtung zur abscheidung von verbindungen auf einem substrat mittels metallorganischer gasphasendeposition |
| KR101185298B1 (ko) | 2003-08-20 | 2012-09-21 | 비코 인스트루먼츠 인코포레이티드 | 수직 유동 회전 디스크 반응기용 알킬 압출 유동 |
| WO2008029589A1 (fr) * | 2006-09-08 | 2008-03-13 | Tokuyama Corporation | Procédé et matériel servant à produire un nitrure d'un élément du groupe iii |
| CN201099698Y (zh) * | 2007-08-17 | 2008-08-13 | 甘志银 | 三重气流金属有机物化学气相沉积设备反应腔体 |
| JP5050044B2 (ja) * | 2009-12-14 | 2012-10-17 | 株式会社東芝 | 気相成長方法 |
| JP5759690B2 (ja) * | 2010-08-30 | 2015-08-05 | 株式会社日立国際電気 | 膜の形成方法、半導体装置の製造方法及び基板処理装置 |
| TWI502096B (zh) * | 2013-06-17 | 2015-10-01 | Ind Tech Res Inst | 用於化學氣相沉積的反應裝置及反應製程 |
| US20150255589A1 (en) * | 2014-03-10 | 2015-09-10 | Toshiba Corporation | Indium-containing contact and barrier layer for iii-nitride high electron mobility transistor devices |
| JP6606403B2 (ja) * | 2015-11-05 | 2019-11-13 | 株式会社ニューフレアテクノロジー | シャワープレート、気相成長装置および気相成長方法 |
-
2017
- 2017-02-02 RU RU2017103485A patent/RU2673515C2/ru active
-
2018
- 2018-01-17 WO PCT/RU2018/000012 patent/WO2018143839A1/ru unknown
- 2018-01-17 US US16/476,348 patent/US11492726B2/en active Active
- 2018-01-17 CN CN201880009842.XA patent/CN110662858B/zh active Active
- 2018-01-17 EP EP18747885.4A patent/EP3578696B1/en active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1444380B1 (en) * | 2001-10-26 | 2005-03-23 | Applied Materials, Inc. | Gas delivery apparatus for atomic layer deposition |
| US20040089235A1 (en) * | 2001-12-03 | 2004-05-13 | Takakazu Yamada | Mixer, and device and method for manufacturing thin-film |
| RU2548578C2 (ru) * | 2013-08-19 | 2015-04-20 | Валерий Анатольевич Буробин | Способ получения эпитаксиального слоя бинарного полупроводникового материала на монокристаллической подложке посредством металлоорганического химического осаждения из газовой фазы |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ГАНИГИН С.Ю. и др. Система нанесения покрытий осаждением из газовой фазы в потоке продуктов газовой детонации, "VI Всероссийская конференция "Актуальные проблемы машиностроения", 2014, с.385-389. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20200002842A1 (en) | 2020-01-02 |
| CN110662858B (zh) | 2021-10-08 |
| CN110662858A (zh) | 2020-01-07 |
| EP3578696A4 (en) | 2020-12-02 |
| RU2017103485A3 (ru) | 2018-08-02 |
| EP3578696B1 (en) | 2022-04-27 |
| WO2018143839A1 (ru) | 2018-08-09 |
| RU2017103485A (ru) | 2018-08-02 |
| EP3578696A1 (en) | 2019-12-11 |
| US11492726B2 (en) | 2022-11-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10364509B2 (en) | Alkyl push flow for vertical flow rotating disk reactors | |
| US8133322B2 (en) | Apparatus for inverted multi-wafer MOCVD fabrication | |
| US5589110A (en) | Container for liquid metal organic compound | |
| US20100199914A1 (en) | Chemical vapor deposition reactor chamber | |
| US20070254100A1 (en) | MOCVD reactor without metalorganic-source temperature control | |
| JP4303966B2 (ja) | 特に結晶質皮膜を沈積する方法ならびにその方法を実施する装置 | |
| US7732308B2 (en) | Process for depositing layers containing silicon and germanium | |
| KR20210011061A (ko) | 증착 챔버로의 프로세스 재료의 흐름을 제어하기 위한 장치 및 방법들 | |
| TW201250790A (en) | Device and method for depositing semi-conductor layers while adding HCL for surpressing parasitic growth | |
| JP2017108155A (ja) | 高圧化学蒸着装置、方法、およびそれにより製造される組成物 | |
| US8524322B2 (en) | Combination CVD/ALD method and source | |
| TW201250791A (en) | Methods of forming bulk III-nitride materials on metal-nitride growth template layers, and structures formed by such methods | |
| RU2673515C2 (ru) | Способ подачи газов в реактор для выращивания эпитаксиальных структур на основе нитридов металлов iii группы и устройство для его осуществления | |
| CN113981418B (zh) | 一种纳米薄膜制备方法及其设备 | |
| JP7349341B2 (ja) | 気相成長装置及び気相成長方法 | |
| JP4835666B2 (ja) | 気相成長方法 | |
| CN115613139B (zh) | 用于外延生长碳化硅薄膜的化学气相沉积反应器及方法 | |
| CN101220465A (zh) | 含金属-硅的薄膜的循环化学气相沉积 | |
| KR101501888B1 (ko) | 수직 흐름 회전 디스크 리액터를 위한 밀도 매칭 알킬 압출 흐름 | |
| KR20230066337A (ko) | N형 도핑된 탄화규소의 cvd 증착 방법 및 에피택셜 반응기 | |
| JPH09260291A (ja) | 気相成長装置及び方法 | |
| Zheng et al. | Numerical simulation study on growth rate and gas reaction path of InN-MOCVD with Close-Coupled showerhead reactor | |
| Liu et al. | GaAs/AlGaAs atomic layer epitaxy in a commercial MOCVD reactor | |
| JPS60176992A (ja) | 有機金属気相エピタキシヤル成長装置 | |
| JPH01313945A (ja) | 化合物半導体の製造方法 |