способ получения слоев нитрида бора на подложках из полупроводников типа a³b⁵

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЛОЕВ НИТРИДА БОРА НА ПОДЛОЖКАХ ИЗ ПОЛУПРОВОДНИКОВ ТИПА A³B⁵, включающий размещение подложки в нагреваемой зоне реактора, удаленной от зоны плазмы, создаваемой с помощью ВЧ-разряда, и введение в реактор боразола и гелия, отличающийся тем, что температуру подложки поддерживают в интервале 160 - 200^oС, расстояние между подложкой и краем индуктора составляет 10 - 14 см, мощность, подводимая к индуктору, составляет 6 - 10 Вт, процесс ведут при парциальном давлении гелия (3 - 8) 10^-2 Торр, вводимого через зону ВЧ-разряда частотой 13,56 МГц, и парциальном давлении боразола (2 - 3) 10^-2 Торр, вводимого за зоной индуктора на расстоянии не более 1 см от его края.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области изготовления структур на полупроводниках А³В⁵.

Одной из важнейших проблем в технологии изготовления структур на полупроводниках типа А³В⁵ является улучшение качества границы раздела в структурах металл-диэлектрик-полупроводник. На свойства границы раздела значительное влияние оказывает химический состав, структура и способ получения диэлектрических слоев.

На полупроводниках типа А³В⁵ предпочтительнее применять изоэлектронные диэлектрики, так как при этом исключается дополнительное легирование их поверхности элементами диэлектрического слоя. Одним из таких диэлектриков является нитрид бора.

Слои нитрида бора в технологии полупроводниковых структур на А³В⁵ должны получать при низких температурах, что определяется низкими температурами разложения этих полупроводников, поэтому для получения слоев применяются процессы с нетермическими способами активации (плазмо-, фотоактивация и др. ).

Известен способ получения слоев нитрида бора из борорганических соединений и их смесей с аммиаком [1] .

Слои получали при Т_п = 250-350^оС. Существенным недостатком способа является загрязнение слоев углеродом.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ получения слоев нитрида бора из боразола (В₃N₃H₆), заключающийся в том, что слои нитрида бора получали из боразола при ВЧ-активации при Т_п = 250-550^оС с использованием гелия и водорода в качестве газа-носителя [2] . Мощность ВЧ-разряда составляла 1-5 Вт, давление боразола Р = 0,1 Торр. Преимуществом использования боразола является то, что эта легколетучая жидкость легко подвергается глубокой очистке, инертна к технологической аппаратуре, в исходной молекуле содержит связь В-N и не содержит элементы, способные легировать полупроводники А³В⁵.

Недостатком такого способа является то, что при низких температурах Т_п = 250-300^оС в случае использования гелия в качестве газа-носителя получаются слои, содержащие большое количество водорода в виде В-Н, N-Н и N-Н₂ групп, поэтому получающиеся слои нестабильны, быстро гидролизуются в атмосферных условиях. Замена гелия на водород позволяет снизить содержание водорода в слоях до 15% и повысить устойчивость слоев к влаге. Однако содержание водорода на уровне 10-15% является причиной термической нестабильности слоев, а также их неустойчивости в электрических полях. Кроме того, для способа характерна взрывоопасность процесса при использовании водорода в качестве газа-носителя.

Цель изобретения - повышение стабильности слоев, получаемых из боразола.

Это достигается тем, что по способу получения слоев нитрида бора на полупроводниках А³В⁵, включающему размещение подложек в нагреваемой зоне реактора, удаленной от зоны плазмы, создаваемой с помощью ВЧ-разряда и введение в реактор боразола и гелия, температуру подложки поддерживают в интервале 160-200^оС, расстояние между подложкой и краем индуктора составляет 10-14 см, мощность, подводимая к индуктору, составляет 6-10 Вт, процесс ведут при парциальном давлении гелия (3-8)10^-2 Торр, вводимого через зону ВЧ-разряда частотой 13,56 МГц и парциальном давлении боразола (2-3)10^-2 Торр, вводимого за зоной индуктора на расстоянии не более 1 см от его края.

Слои нитрида бора с низким 1 ат. % содержанием водорода при температурах подложек 160-200^оС получались за счет того, что возбужденные ВЧ-разрядом высокоэнергетические частицы гелия (Е = 19,8 эВ) сталкиваясь с молекулами боразола, вводимыми за зоной индуктора, по реакции Пеннинга образуют дегидрированные промежуточные радикалы, которые, адсорбируясь на подложке, полимеризуются. При этом за счет дополнительной термической активации и взаимодействия поверхности с возбужденными атомами гелия происходит более глубокое дегидрирование.

Получение слоев нитрида бора осуществляется в реакторе для получения слоев, представляющем собой кварцевую трубу диаметром 70 мм и длиной 700 мм. Реактор имеет две зоны. В первой зоне расположен подложкодержатель, нагреваемый печью. Во второй зоне с помощью индуктора генерируется плазма частотой 13,56 мГц. Индуктор изготовлен из полой медной трубки диаметром 6 мм, имеет пять витков и его длина составляет 120 мм. Ввод боразола и гелия осуществляется через газораспределительные системы.

Способ осуществляется следующим образом. Полированные пластины-полупроводники (антимонид индия, арсенид индия, арсенид галлия и др. ) после стандартной химической обработки (индивидуальной для каждого типа полупроводника) помещались в реактор на подложкодержатель, расположенный на расстоянии Х₁ от края индуктора. Реактор закрывался и откачивался со скоростью 5 л/с до остаточного давления Р_ост. = 10^-2 Торр. Подложка нагревалась до заданной температуры Т_п. Через газораспределительные системы подавался сначала гелий. После установления парциального давления гелия в реактор подавался боразол и устанавливалось его парциальное давление. Затем на индуктор подавалась ВЧ-мощность и проводился процесс. Скорость роста составляла 20-30 А/мин. После окончания процесса выключался ВЧ-генератор, отключался поток боразола, подложка охлаждалась и в потоке гелия извлекалась из реактора, отключался поток гелия.

Состав слоев определялся методом МК-спектроскопии, который позволяет кроме групп В-N определять количество водорода в виде групп В-Н, N-Н и N-Н₂. Другие методы такие, как Оже-спектроскопия и спектроскопия обратного рассеяния, не обнаруживают различие в составе стабильных и нестабильных слоев, содержащих большое количество водорода: в обоих случаях эти методы дают соотношение B/N = 1 и не пригодны для анализа водорода. Толщина слоев определялась методом эллипсометрии.

Таким образом, промышленное использование способа в технологии структур на полупроводниках А³В⁵ позволяет при более низких температурах подложки 160-200^оС получать слои нитрида бора с низким (1 ат. % ) содержанием водорода. Слои имеют показатель преломления n = 1,7 и диэлектрическую проницаемость = 5,5 (для сравнения эти показатели для стехиометрического нитрида бора, полученного при температурах > 800^оС составляют n = 1,72 и = 5,75 соответственно). Коэффициент поглощения слоев = 4 10⁴ см^-1 (поглощение осцилляторов В - N - В на частоте = 1370 см^-1) и толщина слоев не изменяются при длительном хранении в атмосферных условиях.

Зависимость коэффициента поглощения от температуры отжига для слоев, полученных в примере 2, приведена в таблице.