RU2699949C1 - Method of adjusting epitaxial growth in a vacuum of doped silicon layers and a resistive evaporation unit for its implementation - Google Patents

Method of adjusting epitaxial growth in a vacuum of doped silicon layers and a resistive evaporation unit for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2699949C1
RU2699949C1 RU2019103710A RU2019103710A RU2699949C1 RU 2699949 C1 RU2699949 C1 RU 2699949C1 RU 2019103710 A RU2019103710 A RU 2019103710A RU 2019103710 A RU2019103710 A RU 2019103710A RU 2699949 C1 RU2699949 C1 RU 2699949C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
silicon
vapor
cross
resistive
source
Prior art date
Application number
RU2019103710A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Геннадьевич Шенгуров
Сергей Александрович Денисов
Вадим Юрьевич Чалков
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского"
Priority to RU2019103710A priority Critical patent/RU2699949C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2699949C1 publication Critical patent/RU2699949C1/en

Links

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 at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System 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
    • H01L21/203—Deposition of semiconductor materials on a substrate, e.g. epitaxial growth solid phase epitaxy using physical deposition, e.g. vacuum deposition, sputtering

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to production of semiconductor structures for electronic equipment and can be used for control of doping degree in epitaxial growth in vacuum of doped silicon layers. In the method of controlling the degree of doping in the epitaxial growth in vacuum of doped silicon layers by controlling the pressure of the vapor stream supplied to the substrate from the heated resistive sources of silicon vapor and the vapor source of the alloying element as a result of changing their temperature, said temperature change of said vapor sources is carried out at invariable but different degrees of their resistive heating by movement of a heat shield located between them, leading to change in the cross-section area of the heat radiation flux between them. At that, in the evaporation resistive unit containing the resistors of the silicon vapor source and the alloying element vapor source installed in the vacuum chamber, installed so that the vapor flow from them can be directed to the substrate, as well as heat shield arranged between them, the latter is installed with possibility of movement between the mentioned vapor sources, leading to change of cross-section area of radiative heat flux between them, which is caused by difference in degrees of their invariable resistive heating, and the vacuum chamber is equipped with means of initial limitation of passage of the specified radiating heat flow in its cross section with giving to the latter the form ensuring standardization of the specified change of the area of this cross-section.
EFFECT: high technological effectiveness of controlling the degree of alloying during epitaxial growth in vacuum of doped silicon layers.
5 cl, 2 dwg

Description

Группа изобретений относится к технологии изготовления полупроводниковых структур для приборов электронной техники и может быть использовано для регулирования степени легирования при эпитаксиальном выращивании в вакууме легированных слоев кремния путем задействования теплообменного ресурса дополнительного изменения температуры нагретых резистивных источника паров кремния и источника паров легирующего элемента при неизменных, но различных степенях их резистивного нагрева (при постоянном расходе электрической энергии).The group of inventions relates to the technology of manufacturing semiconductor structures for electronic devices and can be used to control the degree of doping during epitaxial vacuum growing of doped silicon layers by using the heat exchange resource to additionally change the temperature of a heated resistive source of silicon vapor and a vapor source of an alloying element with constant but different degrees of their resistive heating (at a constant flow of electrical energy).

Известна технология настройки эпитаксиального выращивания в вакууме легированных слоев кремния (см. патент РФ №2511279, H01L 21/203, 2014), заключающейся в регулировании степени легирования путем регулирования давления направляемых на подложку потока паров от нагретых резистивных источника паров кремния и источника паров легирующего элемента в результате изменения их температуры за счет изменения расхода электрической энергии.There is a known technology for tuning epitaxial vacuum-grown silicon doped layers of silicon (see RF patent No. 2511279, H01L 21/203, 2014), which consists in controlling the degree of doping by controlling the pressure of the vapor flow directed onto the substrate from a heated resistive silicon vapor source and an alloying element vapor source as a result of changes in their temperature due to changes in the consumption of electrical energy.

Способ регулирования степени легирования при эпитаксиальном выращивании в вакууме легированных слоев кремния, раскрытый в патенте РФ №2511279, выбран в качестве прототипа заявляемого способа и характеризуется отсутствием возможности дополнительного изменения температуры нагретых резистивных источника паров кремния и источника паров легирующего элемента при их неизменном резистивном нагреве (при постоянном расходе электрической энергии), что вследствие ограничения возможности настройки средствами резистивного нагрева только за счет изменения расхода электрической энергии свидетельствует о наличии технологического резерва повышения эффективности рассматриваемой настройки эпитаксиального выращивания в вакууме легированных слоев кремния в связи с излагаемым ниже совершенствованием регулирования степени легирования при указанном эпитаксиальном выращивании.The method for controlling the degree of doping during epitaxial vacuum-growing of doped silicon layers, disclosed in RF patent No. 2511279, is selected as a prototype of the proposed method and is characterized by the absence of the possibility of additional temperature changes of the heated resistive source of silicon vapor and the vapor source of the alloying element with constant resistance heating (at constant consumption of electric energy), which is due to the limited possibility of tuning by means of resistive heating only due to changes in electric power consumption indicates the presence of increasing efficiency technological reserve setting epitaxial growth consideration in vacuo doped silicon layers in an improvement presented below controlling the degree of doping in said epitaxial growth.

В качестве прототипа предлагаемого испарительного резистивного блока для осуществления заявляемого способа регулирования степени легирования при эпитаксиальном выращивании в вакууме легированных слоев кремния выбран известный испарительный резистивный блок (см. патент РФ №179865, H01L 21/203, 2018), содержащий установленные в вакуумной камере фиксаторы резистивных источника паров кремния и источника паров легирующего элемента, устанавливаемых с возможностью направления на подложку потока паров от них, а также расположенный между ними тепловой экран.As a prototype of the proposed evaporative resistive unit for implementing the inventive method for controlling the degree of doping during epitaxial growing of silicon alloy layers in vacuum, a known evaporative resistive unit is selected (see RF patent No. 179865, H01L 21/203, 2018), containing resistive clamps installed in the vacuum chamber a source of silicon vapor and a vapor source of an alloying element, installed with the possibility of directing a vapor stream from them onto the substrate, as well as heat second screen.

Недостатком данного прототипа также является изложенная выше возможность изменения температуры нагретых резистивных источника паров кремния и источника паров легирующего элемента, ограниченная только средствами изменения расхода электрической энергии.The disadvantage of this prototype is also the above possibility of changing the temperature of the heated resistive source of silicon vapor and the vapor source of the alloying element, limited only by means of changing the flow of electrical energy.

Технический результат от использования предлагаемой группы изобретений - повышение технологичности регулирования степени легирования при эпитаксиальном выращивании в вакууме легированных слоев кремния, заключающееся в расширении возможности изменения температуры нагретых резистивных источника паров кремния и источника паров легирующего элемента в результате выхода за рамки традиционного использования средств изменения расхода электрической энергии за счет дополнительного изменения температуры нагретых резистивных источника паров кремния и источника паров легирующего элемента при их неизменном резистивном нагреве (при постоянном расходе электрической энергии) и соблюдении условия температурной разницы их резистивного нагрева путем перемещения расположенного между нагретыми резистивными источником паров кремния и источником паров легирующего элемента теплового экрана, приводящего к изменению площади поперечного сечения радиационного теплового потока между ними.The technical result from the use of the proposed group of inventions is to increase the manufacturability of controlling the degree of doping during epitaxial vacuum growing of doped silicon layers, which consists in expanding the possibility of changing the temperature of a heated resistive source of silicon vapor and a vapor source of an alloying element as a result of going beyond the traditional use of means for changing the consumption of electrical energy due to additional changes in the temperature of the heated resistive source silicon ars and the vapor source of the alloying element with constant resistive heating (at a constant consumption of electric energy) and observing the temperature difference of their resistive heating by moving the heat shield located between the heated resistive silicon vapor source and the vapor source of the alloying element, which changes the cross-sectional area radiation heat flux between them.

Для достижения указанного технического результата в способе регулирования степени легирования при эпитаксиальном выращивании в вакууме легированных слоев кремния путем регулирования давления направляемых на подложку потока паров от нагретых резистивных источника паров кремния и источника паров легирующего элемента в результате изменения их температуры упомянутое изменение температуры указанных источников паров осуществляют при неизменных, но различных степенях их резистивного нагрева путем перемещения расположенного между ними теплового экрана, приводящего к изменению площади поперечного сечения радиационного теплового потока между ними.To achieve the specified technical result in a method for controlling the degree of doping during epitaxial vacuum growing of doped silicon layers by controlling the pressure of a vapor stream directed to a substrate from a heated resistive source of silicon vapor and a vapor source of an alloying element as a result of a change in their temperature, the temperature change of these vapor sources is carried out at invariable, but different degrees of their resistive heating by moving located between it and a heat shield, leading to a change in the cross-sectional area of the radiation heat flux between them.

В частных случаях осуществления предлагаемого способа при неизменных степенях резистивного нагрева резистивных источника паров кремния и источника паров сурьмы и фиксациях перемещаемого теплового экрана толщиной 1 мм, изготовленного из кремния марки КДБ-500 и расположенного между установленными на расстоянии 15 мм друг от друга и параллельно друг к другу первым бруском с поперечным сечением 4×4 мм2, изготовленным из кремния марки КД-1000, и вторым бруском с поперечным сечением 4×4 мм2, изготовленным из кремния марки КЭС-0,008, легированного сурьмой, в положении полного перекрытия радиационного теплового потока между ними, перекрытия указанного потока наполовину площади его поперечного сечения и перекрытия указанного потока на четверть площади его поперечного сечения регистрируют температуру нагрева первого бруска, равную, соответственно, 1380, 1370 и 1360°С, и второго бруска, равную соответственно, 1200, 1270 и 1350°С, обеспечивающие концентрацию сурьмы, соответственно, 6,0⋅1016, 2,0⋅1017и 3,5⋅1017 см-3 в осаждаемой пленке на подложке, изготовленной из кремния марки КДБ-12 и нагретой при неизменной температуре 500°С;In special cases, the implementation of the proposed method with constant degrees of resistive heating of the resistive source of silicon vapor and the source of antimony vapor and fixation of a movable heat shield 1 mm thick made of silicon grade KDB-500 and located between those installed at a distance of 15 mm from each other and parallel to another first bar having a cross section 4 × 4 mm 2, made of grade silicon CD-1000, and the second bar having a cross section 4 × 4 mm 2, made of grade silicon 0.008 KES-doped sous fifth, in the position of complete overlap of the radiation heat flux between them, overlapping of the specified flux by half its cross-sectional area and overlapping of the specified flux by a quarter of its cross-sectional area, the heating temperature of the first bar is equal to 1380, 1370 and 1360 ° С, respectively, and the second a bar, respectively, of 1200, 1270 and 1350 ° C, providing an antimony concentration of 6.0 610 16 , 2.0⋅10 17 and 3.5⋅10 17 cm -3 , respectively, in the deposited film on a substrate made of silicon grade KDB-12 and heated unchanged at a temperature of 500 ° C;

при неизменных степенях резистивного нагрева резистивных источника паров кремния и источника паров висмута и фиксациях перемещаемого теплового экрана толщиной 1 мм, изготовленного из кремния марки КДБ-500 и расположенного между установленными на расстоянии 15 мм друг от друга и параллельно друг к другу первым бруском с поперечным сечением 4×4 мм2, изготовленным из кремния марки КД-1000, и вторым бруском с поперечным сечением 4×4 мм2, изготовленным из кремния марки КДБ-20 и снабженным приплавленной к его концу навеской, изготовленной из висмута марки «чистый номенклатурный номер 575» с размерами 5×5×1 мм3, в положении полного перекрытия радиационного теплового потока между ними, перекрытия указанного потока наполовину площади его поперечного сечения и перекрытия указанного потока на четверть площади его поперечного сечения регистрируют температуру нагрева первого бруска, равную, соответственно, 1380, 1377 и 1374°С, и второго бруска, равную соответственно, 250, 330 и 410°С, обеспечивающие концентрацию висмута, соответственно, 3,0⋅1014, 7,5⋅1015 и 4,5⋅1016 см-3 в осаждаемой пленке на подложке, изготовленной из кремния марки КДБ-12 и нагретой при неизменной температуре 400°С.at constant degrees of resistive heating of the resistive source of silicon vapor and the source of bismuth vapor and fixation of a movable heat shield 1 mm thick made of silicon grade KDB-500 and located between the first bar with a cross section installed at a distance of 15 mm from each other and parallel to each other 4 × 4 mm 2 made of KD-1000 grade silicon and a second bar with a cross-section of 4 × 4 mm 2 made of KDB-20 grade silicon and equipped with a bismuth alloy welded to its end marks of “clean item number 575” with dimensions of 5 × 5 × 1 mm 3 , in the position of complete overlap of the radiation heat flux between them, overlapping the specified flux by half its cross-sectional area and overlapping said flux by a quarter of its cross-sectional area, the heating temperature of the first bar is recorded equal to 1380, 1377 and 1374 ° С, respectively, and the second bar, respectively, equal to 250, 330 and 410 ° С, providing a bismuth concentration of 3.0 × 10 14 , 7.5 × 10 15 and 4, respectively 5⋅10 16 cm -3 in the film deposited on the substrate, izgo copulating silicon brand KDB-12 and heated at a constant temperature of 400 ° C.

Для достижения общего с предлагаемым способом технического результата в испарительном резистивном блоке, содержащем установленные в вакуумной камере фиксаторы резистивных источника паров кремния и источника паров легирующего элемента, установленных с возможностью направления на подложку потока паров от них, а также расположенный между ними тепловой экран, последний установлен с возможностью перемещения между упомянутыми источниками паров, приводящего к изменению площади поперечного сечения радиационного теплового потока между ними, возникающего из-за разницы в степенях их неизменного резистивного нагрева, а вакуумная камера оснащена средством исходного ограничения пропуска указанного радиационного теплового потока в его поперечном сечении с приданием последнему формы, обеспечивающей нормирование указанного изменения площади этого поперечного сечения.In order to achieve a technical result common with the proposed method, in the evaporative resistive block containing the detents of the resistive source of silicon vapor and the vapor source of the alloying element installed in the vacuum chamber, installed with the possibility of directing the vapor stream from them, and also the heat shield located between them, the latter is installed with the possibility of moving between the mentioned sources of vapor, leading to a change in the cross-sectional area of the radiation heat flux between arising from the difference in the degrees of their constant resistive heating, and the vacuum chamber is equipped with a means of initially restricting the passage of the specified radiation heat flux in its cross section with the latter giving a shape that normalizes the indicated change in the area of this cross section.

При этом средство исходного ограничения пропуска радиационного теплового потока, возникающего между резистивно нагретыми источником паров кремния и источником паров легирующего элемента при различных, но неизменных степенях их резистивного нагрева, в поперечном сечении этого потока может быть выполнено в виде прямоугольного контрольного окна, изготовленного в кремниевой перегородке, установленной в плоскости поперечного сечения указанного потока, и снабженного градуировкой фиксаций перемещаемого вдоль указанной перегородки теплового экрана в соответствии с задаваемым изменением степени перекрытия указанного потока при перемещении теплового экрана.In this case, the means for initially limiting the passage of radiation heat flux arising between the resistively heated source of silicon vapor and the vapor source of the alloying element at different but constant degrees of their resistive heating can be made in the cross section of this stream in the form of a rectangular control window made in a silicon partition installed in the plane of the cross section of the specified stream, and equipped with a calibration of fixations of heat moved along the specified partition Vågå screen in accordance with a predeterminable change in the degree of overlap of said stream when moving the heat shield.

На фиг. 1 схематически показан предлагаемый испарительный резистивный блок для осуществления предлагаемого способа регулирования степени легирования при эпитаксиальном выращивании в вакууме легированных слоев кремния (без контрольного окна); на фиг. 2 - контрольное окно в составе предлагаемого испарительного резистивного блока в частном исполнении.In FIG. 1 schematically shows the proposed evaporative resistive unit for implementing the proposed method for regulating the degree of doping during epitaxial vacuum growing of doped silicon layers (without a control window); in FIG. 2 - control window as part of the proposed evaporative resistive unit in a private version.

Предлагаемый испарительный резистивный блок (см. фиг. 1) содержит установленные в вакуумной камере 1 фиксаторы (на фиг. 1 не показаны) резистивных источника паров кремния 2 и источника паров легирующего элемента 3, установленных с возможностью направления на подложку 4 потока паров от них, а также расположенный между ними тепловой экран 5, установленный между источниками паров 2 и 3 с возможностью перемещения в плоскости поперечного сечения радиационного теплового потока между этими источниками, приводящего к изменению поперечного сечения радиационного теплового потока между ними, возникающего в не перекрытом пространстве между ними и определяющего величину прироста прогрева резистивного источника, имеющего исходную более низкую температуру при неизменном, но различном по температуре резистивном нагреве обоих резистивных источников.The proposed evaporative resistive unit (see Fig. 1) contains clamps installed in the vacuum chamber 1 (not shown in Fig. 1) of a resistive source of silicon vapor 2 and a vapor source of the alloying element 3, installed with the possibility of directing a vapor stream from them on the substrate 4, and also a heat shield 5 located between them, installed between the sources of vapor 2 and 3 with the possibility of movement in the plane of the cross section of the radiation heat flux between these sources, leading to a change in the cross section of the radiative heat flux between them, which arises in an open space between them and determines the value of the gain in heating of a resistive source, which has an initial lower temperature with a constant but different temperature resistive heating of both resistive sources.

При этом предлагаемый резистивный блок может содержать (не показанное на фиг. 1) описанное ниже и схематически изображенное на фиг. 2 контрольное окно, представляющее собой частный случай реализации средства исходного ограничения пропуска радиационного теплового потока между резистивными источниками паров кремния и источниками паров легирующего элемента в поперечном сечении указанного потока, возникающего между резистивно нагретыми резистивными источником паров кремния 2 и источником паров легирующего элемента 3 при различных, но неизменных степенях их резистивного нагрева.In this case, the proposed resistive unit may comprise (not shown in FIG. 1) described below and schematically shown in FIG. 2, a control window, which is a special case of the implementation of the means for initially limiting the passage of radiation heat flux between resistive sources of silicon vapor and vapor sources of the alloying element in the cross section of the specified flow arising between resistively heated resistive sources of silicon vapor 2 and the vapor source of alloying element 3 at different but invariable degrees of their resistive heating.

Роль контрольного окна может выполнять проем вакуумной камеры 1 между указанными резистивными источниками паров, имеющий прямоугольную форму и образованный выступами стенок вакуумной камеры 1 (на фигурах не показано).The role of the control window can be performed by the opening of the vacuum chamber 1 between the indicated resistive vapor sources, having a rectangular shape and formed by the protrusions of the walls of the vacuum chamber 1 (not shown in the figures).

Контрольное окно (см. фиг. 2) выполнено в кремниевой перегородке 6, установленной в плоскости поперечного сечения указанного потока, имеет прямоугольную форму и снабжено градуировкой 7 фиксаций перемещаемого вдоль перегородки 6 теплового экрана 5 в соответствии с изменением степени перекрытия указанного потока при перемещении теплового экрана 5.The control window (see Fig. 2) is made in a silicon partition 6 installed in the plane of the cross section of the specified stream, has a rectangular shape and is equipped with a calibration of 7 fixations of the heat shield 5 moved along the partition 6 in accordance with the change in the degree of overlap of the specified stream when moving the heat shield 5.

Перемещение теплового экрана 5 вдоль плоской кремниевой перегородки 6 обеспечивает нормированное изменение степени перекрытия контрольного окна в указанной перегородке и, соответственно, площади поперечного сечения радиационного теплового потока между нагретыми указанным образом резистивными источником паров кремния 2 и источником паров легирующего элемента 3.The movement of the heat shield 5 along the flat silicon partition 6 provides a normalized change in the degree of overlap of the control window in the specified partition and, accordingly, the cross-sectional area of the radiation heat flux between the resistive source of silicon vapor 2 heated in this way and the vapor source of the alloying element 3.

Предлагаемый способ регулирования степени легирования при эпитаксиальном выращивании на кремниевой подложке в вакууме слоев кремния, легированных сурьмой (пример 1) и висмутом (пример 2) осуществляют в порядке, изложенном в приведенных далее примерах его осуществления.The proposed method for controlling the degree of doping during epitaxial growth on a silicon substrate in a vacuum of silicon layers doped with antimony (example 1) and bismuth (example 2) is carried out in the manner described in the following examples of its implementation.

Пример 1.Example 1

При неизменных степенях резистивного нагрева резистивных источника паров кремния 2 и источника паров легирующего элемента 3, выполненного в виде источника паров кремния и сурьмы и фиксациях перемещаемого теплового экрана 5 толщиной 1 мм, изготовленного из кремния марки КДБ-500 и расположенного между установленными на расстоянии 15 мм друг от друга и параллельно друг к другу первым бруском - резистивным источником паров кремния 2 с поперечным сечением 4×4 мм2, изготовленным из кремния марки КД-1000, и вторым бруском - источником паров легирующего элемента 3 с поперечным сечением 4×4 мм2, изготовленным из кремния марки КЭС-0,008, легированного сурьмой, в положении полного перекрытия радиационного теплового потока между ними, перекрытия указанного потока наполовину площади его поперечного сечения и перекрытия указанного потока на четверть площади его поперечного сечения (положения экрана 5 задавались с помощью градуировки 7 прямоугольного контрольного окна в кремниевой перегородке 6) регистрировали температуру нагрева первого бруска, равную, соответственно, 1380, 1370 и 1360°C, и второго бруска, равную соответственно, 1200, 1270 и 1350°С, обеспечивающие концентрацию сурьмы, соответственно, 6,0⋅1016, 2,0⋅1017 и 3,5⋅1017 см-3 в осаждаемой пленке на подложке, изготовленной из кремния марки КДБ-12 и нагретой при неизменной температуре 500°С.With constant degrees of resistive heating of the resistive source of silicon vapor 2 and the vapor source of the alloying element 3, made in the form of a source of silicon and antimony vapor and fixations of a movable heat shield 5 with a thickness of 1 mm made of silicon grade KDB-500 and located between 15 mm apart apart and parallel to one another the first bar - resistive silicon vapor source 2 with a cross section 4 × 4 mm 2, made of grade silicon CD-1000, and the second bar - vapor source legiruyuscheg element 3 with a cross-section of 4 × 4 mm 2, made of silicon brand IES 0.008 antimony doped in the fully overlap radiative heat flow therebetween, the overlap of said flow is half the area of its cross section and overlapping said stream a quarter cross section area (the position of the screen 5 was set using graduation 7 of the rectangular control window in the silicon partition 6), the heating temperature of the first bar, equal to 1380, 1370 and 1360 ° C, respectively, and the second Ruska, respectively, equal to 1200, 1270 and 1350 ° С, providing antimony concentration, respectively, 6.0⋅10 16 , 2.0⋅10 17 and 3.5⋅10 17 cm -3 in the deposited film on a substrate made of silicon grade KDB-12 and heated at a constant temperature of 500 ° C.

Пример 2.Example 2

При неизменных степенях резистивного нагрева резистивных источника паров кремния 2 и источника паров легирующего элемента 3, выполненного в виде источника паров кремния и висмута, и фиксациях перемещаемого теплового экрана толщиной 1 мм, изготовленного из кремния марки КДБ-500 и расположенного между установленными на расстоянии 15 мм друг от друга и параллельно друг к другу первым бруском - резистивным источником паров кремния 2 с поперечным сечением 4×4 мм2, изготовленным из кремния марки КД-1000, и вторым бруском - источником паров легирующего элемента 3 с поперечным сечением 4×4 мм2, изготовленным из кремния марки КДБ-20 и снабженным приплавленной к его концу навеской (на фиг. 1 не показана), изготовленной из висмута марки «чистый номенклатурный номер 575» с размерами 5×5×1 мм3, в положении полного перекрытия радиационного теплового потока между ними, перекрытия указанного потока наполовину площади его поперечного сечения и перекрытия указанного потока на четверть площади его поперечного сечения (положения экрана 5 задавались с помощью градуировки 7 прямоугольного контрольного окна в кремниевой перегородке 6) регистрировали температуру нагрева первого бруска, равную, соответственно, 1380, 1377 и 1374°С, и второго бруска, равную соответственно, 250, 330 и 410°С, обеспечивающие концентрацию висмута, соответственно, 3,0⋅1014, 7,5⋅1015 и 4,5⋅1016 см-3 в осаждаемой пленке на подложке, изготовленной из кремния марки КДБ-12 и нагретой при неизменной температуре 400°С.With constant degrees of resistive heating of the resistive source of silicon vapor 2 and the vapor source of the alloying element 3, made in the form of a source of silicon and bismuth vapor, and fixations of a movable heat shield 1 mm thick made of silicon grade KDB-500 and located between those installed at a distance of 15 mm from each other and parallel to each other, the first bar - a resistive source of silicon vapor 2 with a cross section of 4 × 4 mm 2 made of KD-1000 grade silicon, and the second bar - a source of dopant vapor about element 3 with a cross-section of 4 × 4 mm 2 made of silicon grade KDB-20 and equipped with a weighed portion to its end (not shown in Fig. 1) made of bismuth grade “clean item number 575” with dimensions 5 × 5 × 1 mm 3, in the fully overlap radiative heat flow therebetween, said stream overlapping half the area of its cross section and overlapping said stream at a quarter of its cross-sectional area (position 5 of the screen set with the calibration reference rectangular 7 KPA silicon septum 6) recorded the heating temperature of the first bar, equal to, respectively, 1380, 1377 and 1374 ° C, and the second bar, equal to respectively 250, 330 and 410 ° C, providing a concentration of bismuth respectively, 3,0⋅10 14 , 7.5 × 10 15 and 4.5 × 10 16 cm -3 in the deposited film on a substrate made of KDB-12 silicon and heated at a constant temperature of 400 ° C.

В обоих примерах использовалась высоковакуумная установка для эпитаксиального роста слоев кремния. При этом длина первого и второго брусков составляла 90 мм, а сами указанные бруски закреплялись в вакуумной камере 1 на токовводах (на фиг. 1 - не показаны), которые попарно были включены в электрические цепи источников питания, и запитывались от сети переменного тока с неизменной величиной тока, пропускаемого через них, составляющей 41 А.In both examples, a high-vacuum apparatus was used for the epitaxial growth of silicon layers. The length of the first and second bars was 90 mm, and these bars were fixed in a vacuum chamber 1 on the current leads (not shown in Fig. 1), which were pairwise included in the electric circuits of the power sources, and were powered from the AC mains with constant the amount of current passed through them, component 41 A.

В примерах 1 и 2 подложка 4, изготовленная из высокоомного кремния марки КДБ-12, располагалась над резистивными источниками 2 и 3 на расстоянии 30 мм от них.In examples 1 and 2, the substrate 4, made of high-resistance silicon grade KDB-12, was located above the resistive sources 2 and 3 at a distance of 30 mm from them.

В примере 1 пленку легированного сурьмой кремния на подложке 4 растили в течение 90 мин при одновременном испарении обоих нагретых резистивных источников 2 и 3 и различных указанных выше положениях теплового экрана 5.In example 1, a film of doped antimony silicon on a substrate 4 was grown for 90 min while evaporating both heated resistive sources 2 and 3 and the various positions of the heat shield 5 indicated above.

В примере 2 пленку легированного висмутом кремния на подложке 4 растили в течение 60 мин при одновременном испарении обоих нагретых резистивных источников паров 2 и 3 и различных указанных выше положениях экрана 5.In Example 2, a bismuth-doped silicon film on a substrate 4 was grown for 60 minutes while evaporating both heated resistive vapor sources 2 and 3 and various screen positions 5 indicated above.

Измерения температуры резистивных источников паров 2 и 3 проводились оптическим пирометром ОППИР-017. Температура ниже 800°С определялась с помощью термопары.Temperature measurements of resistive vapor sources 2 and 3 were carried out with an OPPIR-017 optical pyrometer. Temperature below 800 ° C was determined using a thermocouple.

После завершения опытов в примерах 1 и 2 и остывания подложки 4 и выноса ее на воздух эффектом Холла измерялась концентрация электрически активной примеси сурьмы и висмута в эпитаксиальном слое пленки легированного кремния.After completing the experiments in Examples 1 and 2 and cooling the substrate 4 and taking it out to air, the Hall effect measured the concentration of electrically active impurities of antimony and bismuth in the epitaxial layer of the doped silicon film.

Пример 1 показывает, что концентрация легирующей примеси в слое кремния пленки зависит от температуры резистивного источника паров легирующего элемента 3 - второго кремниевого бруска, легированного сурьмой при изменении площади поперечного сечения радиационного теплового потока между нагретыми резистивными источниками 2 и 3 (неизменно резистивно нагретыми при большем нагреве резистивного источника 2). Температура резистивного источника 3 повышается с увеличением этой площади. В результате этого повышения температуры увеличивается скорость испарения сурьмы из резистивного источника 3 и соответственно ее концентрация в выращиваемом на подложке 4 слое пленки повышается.Example 1 shows that the concentration of the dopant in the silicon layer of the film depends on the temperature of the resistive vapor source of the dopant element 3 - the second silicon bar doped with antimony when the cross-sectional area of the radiation heat flux between the heated resistive sources 2 and 3 (invariably resistively heated with greater heating) changes resistive source 2). The temperature of the resistive source 3 increases with this area. As a result of this temperature increase, the rate of antimony evaporation from the resistive source 3 increases and, accordingly, its concentration in the film layer grown on the substrate 4 increases.

В примере 2 примесь (висмут) находится вне второго кремниевого бруска и ее испарение прямо зависит от степени нагрева этого бруска.In example 2, the impurity (bismuth) is located outside the second silicon bar and its evaporation directly depends on the degree of heating of this bar.

Для случая примера 2 в качестве примеси выбирают металл с меньшей температурой плавления, чем кремний.For the case of Example 2, a metal with a lower melting point than silicon is selected as an impurity.

Таким образом, использование предлагаемой группы изобретений обеспечивает возможность дополнительного регулирования степени легирования сурьмой и висмутом при эпитаксиальном выращивании в вакууме легированных этими элементами слоев кремния при неизменном резистивном нагреве источника паров кремния 2 и источника паров сурьмы или висмута 3 (при большем нагреве резистивного источника 2), что подтверждает достижение указанного выше технического результата.Thus, the use of the proposed group of inventions provides the possibility of additional control of the degree of doping with antimony and bismuth during epitaxial vacuum growing of silicon layers doped with these elements with constant resistive heating of the source of silicon vapor 2 and the source of antimony or bismuth 3 vapor (with more heating of the resistive source 2), which confirms the achievement of the above technical result.

Легирующими примесями в предлагаемом способе могут также быть фосфор, мышьяк, галлий, алюминий и бор. Они могут испаряться в вакуумной камере 1 как отдельно от основного материала кремния резистивного источника 3, так и одновременно с кремнием: например, из источника кремния, легированного заданной примесью.Dopants in the proposed method can also be phosphorus, arsenic, gallium, aluminum and boron. They can evaporate in a vacuum chamber 1 both separately from the main silicon material of the resistive source 3, and simultaneously with silicon: for example, from a silicon source doped with a given impurity.

Claims (5)

1. Способ регулирования степени легирования при эпитаксиальном выращивании в вакууме легированных слоев кремния путем регулирования давления направляемых на подложку потока паров от нагретых резистивных источника паров кремния и источника паров легирующего элемента в результате изменения их температуры, отличающийся тем, что упомянутое изменение температуры указанных источников паров осуществляют при неизменных, но различных степенях их резистивного нагрева путем перемещения расположенного между ними теплового экрана, приводящего к изменению площади поперечного сечения радиационного теплового потока между ними.1. The method of controlling the degree of doping during epitaxial vacuum growing of doped silicon layers by adjusting the pressure of the vapor flow directed to the substrate from the heated resistive source of silicon vapor and the vapor source of the alloying element as a result of a change in their temperature, characterized in that the temperature change of these vapor sources is carried out with constant but different degrees of their resistive heating by moving the heat shield located between them, leading about to change the cross-sectional area of the radiation heat flux between them. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при неизменных степенях резистивного нагрева резистивных источника паров кремния и источника паров кремния и сурьмы и фиксациях перемещаемого теплового экрана толщиной 1 мм, изготовленного из кремния марки КДБ-500 и расположенного между установленными на расстоянии 15 мм друг от друга и параллельно друг к другу первым бруском с поперечным сечением 4×4 мм2, изготовленным из кремния марки КД-1000, и вторым бруском с поперечным сечением 4×4 мм2, изготовленным из кремния марки КЭС-0,008, легированного сурьмой, в положении полного перекрытия радиационного теплового потока между ними, перекрытия указанного потока наполовину площади его поперечного сечения и перекрытия указанного потока на четверть площади его поперечного сечения регистрируют температуру нагрева первого бруска, равную, соответственно, 1380, 1370 и 1360°С, и второго бруска, равную, соответственно, 1200, 1270 и 1350°С, обеспечивающие концентрацию сурьмы, соответственно, 6,0⋅1016, 2,0⋅1017 и 3,5⋅1017 см-3 в осаждаемой пленке на подложке, изготовленной из кремния марки КДБ-12 и нагретой при неизменной температуре 500°С.2. The method according to claim 1, characterized in that at constant degrees of resistive heating of the resistive source of silicon vapors and the source of silicon and antimony vapors and the fixation of a movable heat shield 1 mm thick made of silicon grade KDB-500 and located between those installed at a distance of 15 mm from each other and parallel to each other by the first bar with a cross section of 4 × 4 mm 2 made of KD-1000 silicon and the second bar with a cross section of 4 × 4 mm 2 made of KES-0.008 antimony doped silicon in p the complete overlap of the radiation heat flux between them, the overlapping of the specified stream by half its cross-sectional area and the overlapping of the specified stream by a quarter of its cross-sectional area, the heating temperature of the first bar equal to 1380, 1370 and 1360 ° C, and the second bar equal to respectively 1200, 1270 and 1350 ° C, providing a concentration of antimony, respectively, 6,0⋅10 16, 2,0⋅10 3,5⋅10 and 17 17 cm -3 in the film deposited on a substrate made of silicon brands KDB-12 and heated at a constant pace ture of 500 ° C. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при неизменных степенях резистивного нагрева резистивных источника паров кремния и источника паров кремния и висмута и фиксациях перемещаемого теплового экрана толщиной 1 мм, изготовленного из кремния марки КДБ-500 и расположенного между установленными на расстоянии 15 мм друг от друга и параллельно друг к другу первым бруском с поперечным сечением 4×4 мм2, изготовленным из кремния марки КД-1000, и вторым бруском с поперечным сечением 4×4 мм2, изготовленным из кремния марки КДБ-20 и снабженным приплавленной к его концу навеской, изготовленной из висмута марки «чистый номенклатурный номер 575» с размерами 5×5×1 мм3, в положении полного перекрытия радиационного теплового потока между ними, перекрытия указанного потока наполовину площади его поперечного сечения и перекрытия указанного потока на четверть площади его поперечного сечения регистрируют температуру нагрева первого бруска, равную, соответственно, 1380, 1377 и 1374°С, и второго бруска, равную, соответственно, 250, 330 и 410°С, обеспечивающие концентрацию висмута, соответственно, 3,0⋅1014, 7,5⋅1015 и 4,5⋅1016 см-3 в осаждаемой пленке на подложке, изготовленной из кремния марки КДБ-12 и нагретой при неизменной температуре 400°C.3. The method according to claim 1, characterized in that at constant degrees of resistive heating of the resistive source of silicon vapors and the source of silicon and bismuth vapors and the fixation of a movable heat shield 1 mm thick made of silicon grade KDB-500 and located between those installed at a distance of 15 mm from each other and parallel to each other with the first bar with a cross section of 4 × 4 mm 2 made of silicon grade KD-1000, and the second bar with a cross section of 4 × 4 mm 2 made of silicon grade KDB-20 and equipped with a fused to its end, a hitch made of bismuth grade “clean item number 575” with dimensions 5 × 5 × 1 mm 3 , in the position of complete overlap of the radiation heat flux between them, overlapping the specified flux by half its cross-sectional area and closing the specified flux by a quarter of the area of its cross-section, the heating temperature of the first bar, equal to 1380, 1377 and 1374 ° С, respectively, and of the second bar, respectively, equal to 250, 330 and 410 ° С, ensuring a bismuth concentration of 3.0 × 10 14 , respectively, is recorded. 7.5⋅10 15 and 4.5 ⋅10 16 cm -3 in the deposited film on a substrate made of KDB-12 grade silicon and heated at a constant temperature of 400 ° C. 4. Испарительный резистивный блок, содержащий установленные в вакуумной камере фиксаторы резистивных источника паров кремния и источника паров легирующего элемента, установленных с возможностью направления на подложку потока паров от них, а также расположенный между ними тепловой экран, отличающийся тем, что тепловой экран установлен с возможностью его перемещения между упомянутыми источниками паров, приводящего к изменению площади поперечного сечения радиационного теплового потока между ними, возникающего из-за разницы в степенях их неизменного резистивного нагрева, а вакуумная камера оснащена средством исходного ограничения пропуска указанного радиационного теплового потока в его поперечном сечении с приданием последнему формы, обеспечивающей нормирование указанного изменения площади этого поперечного сечения.4. Evaporative resistive block containing detectors of a resistive source of silicon vapor and a vapor source of an alloying element installed in a vacuum chamber, installed with the possibility of directing a vapor stream from them on the substrate, as well as a heat shield located between them, characterized in that the heat shield is installed with the possibility its movement between the mentioned vapor sources, which leads to a change in the cross-sectional area of the radiation heat flux between them, arising from the difference in degrees and x constant resistance heating, and the vacuum chamber is equipped with a means of initially restricting the passage of the specified radiation heat flux in its cross section to give the latter a shape that normalizes the indicated change in the area of this cross section. 5. Испарительный резистивный блок по п.4, отличающийся тем, что средство исходного ограничения пропуска радиационного теплового потока, возникающего между резистивно нагретыми источником паров кремния и источником паров легирующего элемента при различных, но неизменных степенях их резистивного нагрева, в поперечном сечении этого потока выполнено в виде прямоугольного контрольного окна, изготовленного в кремниевой перегородке, установленной в плоскости поперечного сечения указанного потока, и снабженного градуировкой фиксаций перемещаемого вдоль указанной перегородки теплового экрана в соответствии с задаваемым изменением степени перекрытия указанного потока при перемещении теплового экрана.5. Evaporative resistive unit according to claim 4, characterized in that the means for initially limiting the passage of radiation heat flux arising between the resistively heated source of silicon vapor and the vapor source of the alloying element for different but constant degrees of resistive heating in the cross section of this stream in the form of a rectangular control window made in a silicon partition mounted in the plane of the cross section of the specified stream and equipped with a graduation calibration pressed along the specified partition of the heat shield in accordance with a predetermined change in the degree of overlap of the specified stream when moving the heat shield.
RU2019103710A 2019-02-08 2019-02-08 Method of adjusting epitaxial growth in a vacuum of doped silicon layers and a resistive evaporation unit for its implementation RU2699949C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019103710A RU2699949C1 (en) 2019-02-08 2019-02-08 Method of adjusting epitaxial growth in a vacuum of doped silicon layers and a resistive evaporation unit for its implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019103710A RU2699949C1 (en) 2019-02-08 2019-02-08 Method of adjusting epitaxial growth in a vacuum of doped silicon layers and a resistive evaporation unit for its implementation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2699949C1 true RU2699949C1 (en) 2019-09-11

Family

ID=67989817

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019103710A RU2699949C1 (en) 2019-02-08 2019-02-08 Method of adjusting epitaxial growth in a vacuum of doped silicon layers and a resistive evaporation unit for its implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2699949C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2775812C1 (en) * 2021-09-08 2022-07-11 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского» Method for manufacturing an epitaxial thin-film structure of germanium doped with boron

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5028561A (en) * 1989-06-15 1991-07-02 Hughes Aircraft Company Method of growing p-type group II-VI material
US5248631A (en) * 1990-08-24 1993-09-28 Minnesota Mining And Manufacturing Company Doping of iib-via semiconductors during molecular beam epitaxy using neutral free radicals
RU2038646C1 (en) * 1991-07-18 1995-06-27 Новочеркасский политехнический институт Process of molecular-beam epitaxy
RU2511279C1 (en) * 2012-10-22 2014-04-10 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Нижегородский Государственный Университет Им. Н.И. Лобачевского" Method for vacuum sputtering of structures for electronic devices, method of controlling dopant concentration when growing said structures and resistive source of vapour of sputtering material and dopant for realising said control method, and method for vacuum sputtering of silicon-germanium structures based on use of said vapour source
RU179865U1 (en) * 2017-12-21 2018-05-28 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" Resistive vaporization unit for epitaxial vacuum growing of silicon layers doped with erbium

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5028561A (en) * 1989-06-15 1991-07-02 Hughes Aircraft Company Method of growing p-type group II-VI material
US5248631A (en) * 1990-08-24 1993-09-28 Minnesota Mining And Manufacturing Company Doping of iib-via semiconductors during molecular beam epitaxy using neutral free radicals
RU2038646C1 (en) * 1991-07-18 1995-06-27 Новочеркасский политехнический институт Process of molecular-beam epitaxy
RU2511279C1 (en) * 2012-10-22 2014-04-10 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Нижегородский Государственный Университет Им. Н.И. Лобачевского" Method for vacuum sputtering of structures for electronic devices, method of controlling dopant concentration when growing said structures and resistive source of vapour of sputtering material and dopant for realising said control method, and method for vacuum sputtering of silicon-germanium structures based on use of said vapour source
RU179865U1 (en) * 2017-12-21 2018-05-28 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" Resistive vaporization unit for epitaxial vacuum growing of silicon layers doped with erbium

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2775812C1 (en) * 2021-09-08 2022-07-11 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского» Method for manufacturing an epitaxial thin-film structure of germanium doped with boron

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4543467A (en) Effusion type evaporator cell for vacuum evaporators
EP2168644A1 (en) Evaporator for organic materials and method for evaporating organic materials
US9048166B2 (en) Method for controlled growth of silicon carbide and structures produced by same
US20100248416A1 (en) Deposition of high vapor pressure materials
RU2511279C1 (en) Method for vacuum sputtering of structures for electronic devices, method of controlling dopant concentration when growing said structures and resistive source of vapour of sputtering material and dopant for realising said control method, and method for vacuum sputtering of silicon-germanium structures based on use of said vapour source
EP2373825A1 (en) Linear deposition source
US4417347A (en) Semiconductor processor incorporating blackbody radiation source with constant planar energy flux
RU2699949C1 (en) Method of adjusting epitaxial growth in a vacuum of doped silicon layers and a resistive evaporation unit for its implementation
Khartsev et al. High‐Quality Si‐Doped β‐Ga2O3 Films on Sapphire Fabricated by Pulsed Laser Deposition
US4098617A (en) Method of manufacturing film thermopile
US3666553A (en) Method of growing compound semiconductor films on an amorphous substrate
US4492852A (en) Growth substrate heating arrangement for UHV silicon MBE
Yilmaz et al. Some structural, electrical and optical properties of vacuum evaporated CdS thin films
Shengurov et al. A silicon sublimation source for molecular-beam epitaxy
RU179865U1 (en) Resistive vaporization unit for epitaxial vacuum growing of silicon layers doped with erbium
US20080282983A1 (en) High Temperature Vacuum Evaporation Apparatus
Zou Deposition Methods and Thermoresistive Properties of Vanadium Oxide and Amorphous Silicon Thin Films
Denisov et al. A device for growing silicon films on standard wafers using a sublimation source
Rupp et al. Silicon-germanium molecular beam epitaxy system for high-quality nanostructures and devices
US4421479A (en) Process for treating a semiconductor material by blackbody radiation source with constant planar energy flux
US4433246A (en) Blackbody radiation source for producing constant planar energy flux
US11629401B1 (en) Method for heating a wide bandgap substrate by providing a resistive heating element which emits radiative heat in a mid-infrared band
KR102088666B1 (en) Manufacturing method of ceramic thin film and device thereof
KR20110137331A (en) Deposition apparatus with high temperature rotatable target and method of operating thereof
KR20180091547A (en) Method for manufacturing semiconductor thin layer and thin layer transistor using same

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20210209