Резистивный испарительный блок для эпитаксиального выращивания в вакууме слоёв кремния, легированных эрбием

Полезная модель относится к технологическому оборудованию вакуумных установок для эпитаксии слоев кремния, легированного эрбием, с помощью атомарных пучков, формируемых в результате одновременной автономной сублимации в одной вакуумной камере кремния и эрбия, соответственно, с поверхности кремниевой пластины и поверхности эрбиевой фольги, расположенных рядом друг с другом и разогретых электрическим током, и может быть использована в резистивных испарительных блоках.
Технология вакуумной эпитаксии слоев кремния, легированных эрбием, с помощью известного (выбранного в качестве прототипа заявляемого резистивного испарительного блока) резистивного испарительного блока (см., например, статью авторов Шенгурова В.Г. и др. «Гетероэпитаксия легированных эрбием слоев кремния на сапфире» - Физика твердого тела. 2005, т. 47, в. 1, с. 86), выполненного в виде сублимационной пластины, изготовленной из кремния, легированного эрбием, и обеспечивающей в результате ее резистивного нагрева (нагрева в результате пропускания через нее электрического тока) одновременное образование сублимационных паров кремния и эрбия, направляемых на нагреваемую подложку, источников указанных паров, характеризуется низкотехнологичным обеспечением резкого (значительного по величине) производственного изменения степени легирования эрбием эпитаксиальных слоев кремния, в связи с необходимостью при этом замены упомянутой сублимационной пластины на пластину, изготовленную из кремния, содержащего измененное количество эрбия.
Технический результат от использования предлагаемой полезной модели - повышение технологичности обеспечения легирования эрбием эпитаксиальных слоев кремния в расширенном интервале степеней легирования за счет исключения необходимости низкотехнологичного использования (при изменении степени легирования) в качестве источников сублимационных паров кремния и эрбия резистивного испарителя, выполненного в виде пластины кремния, легированного эрбием, в результате конструктивного усовершенствования предлагаемого резистивного испарительного блока, заключающегося в том, что источники сублимационных паров кремния и эрбия, направляемых на нагреваемую подложку, представляют собой две отдельные и расположенные вблизи друг от друга в вакуумной камере сублимационные пластины, изготовленные первая более толстая из кремния и вторая более тонкая в виде фольги из эрбия, нагреваемые в результате пропускания через них электрического тока.
Для достижения указанного технического результата в резистивном испарительном блоке для эпитаксиального выращивания в вакууме слоев кремния, легированных эрбием, выполненном в виде обеспечивающих одновременное резистивное образование сублимационных паров кремния и эрбия, направляемых на нагреваемую подложку, источников указанных паров, последние представляют собой две отдельные и расположенные вблизи друг от друга в вакуумной камере сублимационные пластины, изготовленные первая более толстая из кремния и вторая более тонкая в виде фольги из эрбия, нагреваемые в результате пропускания через них электрического тока.
-7
17
3
21
3
В частном случае для выращивания при парциальном давлении 1⋅10 Торр на резистивно нагреваемой до 500-700°C кремниевой подложке кремниевых слоев с концентрацией эрбия от 10 ат/см до 10 ат/см источник сублимационных паров кремния выполнен в виде узкой пластины толщиной 1 мм, резистивно нагреваемой до 1380°C и изготовленной из кремния марки КДБ-20, а источник сублимационных паров эрбия - в виде узкой эрбиевой полоски толщиной 0.3 мм, нагреваемой до 850-910°C и изготовленной из эрбия марки ЭрМ-1.
На фиг. 1 схематически показана установка для эпитаксиального выращивания в вакууме слоев кремния, легированных эрбием, содержащая предлагаемый резистивный испарительный блок, состоящий из резистивных источников сублимационных паров кремния и эрбия.
В вакуумной камере 1 установлены разделенные тепловым экраном 2 узкая прямоугольная кремниевая сублимационная пластина 3, представляющая собой резистивный источник сублимационных паров кремния, и узкая эрбиевая сублимационная полоска 4, представляющая собой резистивный источник сублимационных паров эрбия и изготовленная в виде фольги, снабженные, соответственно токовводами 5 и 6, и кремниевая подложка 7, оснащенная нагревателем 8 радиационного нагрева.
Перед кремниевой сублимационной пластиной 3 и эрбиевой сублимационной полоской 4 (в промежутке между ними и кремниевой подложкой 7) установлены два подвижных экрана 9, раздвигающихся для поступления на кремниевую подложку 7 общего атомарного потока, образующегося из кремния, испаряемого с поверхности резистивно нагреваемой кремниевой сублимационной пластины 3 и эрбия, испаряемого с поверхности резистивно нагреваемой эрбиевой сублимационной полоски.
Работает предлагаемый резистивный испарительный блок в составе установки для эпитаксиального выращивания в вакууме слоев кремния, легированных эрбием, следующим образом.
Сублимационную пластину 3, изготовленную из кремния марки КДБ-20, закрепляют в вакуумной камере 1 на токовводах 5, а сублимационную полоску 4, изготовленную из эрбия марки ЭрМ-1, после химической очистки закрепляют параллельно сублимационной пластине 3 на соседних токовводах 6, располагающихся за тепловым экраном 2, улучшающим поддержание теплового режима резистивного нагрева указанных сублимационных источников.
При этом подложку 7, изготовленную в виде пластины монокристаллического кремния, также, помещают в вакуумную камеру 1 напротив сублимационных пластины 3 и полоски 4.
-7
После откачки вакуумной камеры 1 до давления ≤1⋅10 Торр сублимационные пластину 3 и полоску 4 нагревают пропусканием электрического тока до температур, соответственно, 1380°C и 850-950°C, а подложку 7 до 900°C. Подложка 7 при этом отделена от сублимационных пластины 3 и полоски 4 закрытыми (сдвинутыми) подвижными экранами 9. После истечения 10-15 минут, температуру подложки снижают до 500-700°C, открывают (раздвигают) экраны 9 и проводят осаждение эпитаксиального слоя кремния, легированного атомами эрбия, из резистивных источников сублимационных паров кремния (сублимационной пластины 3) и эрбия (сублимационной полоски 4). После осаждения указанного слоя закрывают (сдвигают) экраны 9, снижают температуру подложки 7, пластины 3 и полоски 4 до комнатной.
Причем разогрев источников паров кремния и эрбия (сублимационных пластины 3 и полоски 4) производят путем пропускания через них (каждый подключен отдельно) постоянного электрического тока с использованием источников питания Б5-71 или Б5-76.
Такс использованием источника питания Б5-71 при температуре пластины 3 (изготовленной из кремния марки КДБ-20 с размерами 75⋅7⋅1 мм) 1380°C ток, проходящий через нее, составлял 22 А, а при температуре полоски 4 (изготовленной из эрбия марки ЭрМ-1 с размерами 70⋅3⋅0.3 мм) в интервале 850-950°C ток, проходящий через нее, составлял 18.5-19.5 А.
18
21
3
Концентрацию атомов эрбия в слоях кремния, толщина которой составляла 4-6 мкм, измеряли методом резерфордовского обратного рассеяния (POP). В зависимости от температуры источника 850°C или 950°C она составляла, соответственно, 5⋅10 и ~1⋅10 ат/см. Структурное совершенство слоев при этом по данным POP сохранялось достаточно высоким.