專利名稱:制備半導(dǎo)體化合物薄膜的射頻濺射法的制作方法
本發(fā)明是半導(dǎo)體化合物薄膜的制備方法，適用于含高蒸汽壓組份的Ⅲ-Ⅴ族化合物(如磷化物)薄膜的制備。
制備半導(dǎo)體薄膜的常用方法有汽相外延(VPE)、液相外延(LPE)、金屬有機化合物氣相沉積(MOCVD)，分子束外延(MBE)以及其他物理方法，如射頻濺射或真空蒸發(fā)法等。上述外延法能獲得性能良好的半導(dǎo)體單晶薄膜，已生長了一系列二元、三元和四元的Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體化合物。但外延法也存在某種局限性，不能解決器件提出的所有問題，又如MOCVD的工藝復(fù)雜，設(shè)備昂貴，特別是分子束外延設(shè)備的投資更大。
多年來，一直在探索用射頻濺射或真空蒸發(fā)法生長Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體薄膜。用濺射法已制備了砷化鎵(GaAs)、銻化鎵(GaSb)、銻化銦(InSb)、鎵鋁砷(Ga1-xAlxAs)、銦鋁銻(In1-xAlxSb)及磷化鎵(GaP)等化合物薄膜。例如J.Sosniak(J.Vacu.Scie & Tech 7，110，1970)及K.Starosta(Thin Solid Films，61，241，1979)分別以多晶GaP園片或燒結(jié)GaP園片作靶，并置于濺射室上方，而襯底托盤在下方，襯底則安放于其表面，通過濺射沉積獲得了非晶態(tài)或多晶的GaP薄膜。前一文中提及，在濺射時，出現(xiàn)磷化氫(PH3)化合物，是氫與磷反應(yīng)的結(jié)果，因而表明所獲GaP薄膜是偏離了GaP靶的化學(xué)計量比。
磷化銦(InP)是目前發(fā)展最為迅速的半導(dǎo)體材料之一。日本特許(公告號1982年016960號)報道了用汽相外延生長磷化銦(InP)的方法。但因工藝上的困難，至今仍未見有關(guān)射頻濺射法制備InP薄膜的報道。
本發(fā)明提出了一種能用射頻濺射法制取有較好化學(xué)計量比的Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體化合物薄膜，特別是磷化物薄膜的方法。根據(jù)襯底材料及其晶向，沉積時的襯底溫度等條件的不同，可得到非晶態(tài)，多晶或單晶薄膜。
考慮到化合物中五族元素的高蒸氣壓是濺射的薄膜中缺少五族元素而偏離化學(xué)計量比的原因，本發(fā)明用合成Ⅲ-Ⅴ族化合物塊錠或碎料(例如磷化物，砷化物)和相應(yīng)的少量高蒸氣壓的五族元素(如磷或砷)材料一起作靶，而共濺射沉積薄膜，用不銹鋼園盤盛放靶材料及五族元素等碎料或塊錠，并置于濺射室下方的陰極表面上，作為靶，并在其邊緣周圍加上屏蔽罩屏蔽，而將襯底置于附有加熱器的襯底托盤表面上，該托盤安裝在濺射室上方。采用這樣的濺射裝置可使化合物和高蒸氣壓的五族元素達到共濺射沉積，并獲得較好化學(xué)計量比的薄膜。藉此法可濺射沉積磷化物(如磷化銦、磷化鎵)、砷化物、銻化物或其他Ⅲ-Ⅴ族三元或四元化合物等。
作為一個實施例，使用普通的13.5兆周3千瓦的射頻濺射儀及氬氣凈化系統(tǒng)，在濺射室的下方有帶屏蔽罩的水冷不銹鋼陰極，其上有盛放合成高純磷化銦多晶碎料和少量紅磷的小園盤作為靶。襯底置于靶的上方，襯底托盤附有水冷卻或加熱裝置，襯底為不同晶向的砷化鎵單晶片，磷化銦單晶片，蘭寶石或光學(xué)玻璃片等。它們固定于托盤表面，藉校正的Ni-Cr熱電偶測量溫度，系統(tǒng)予真空為10-6乇，在1～5×10-2乇氬氣壓強下進行予濺射InP靶和反濺射襯底等表面清潔處理，然后在襯底上濺射沉積InP薄膜。
在水冷襯底上得到的是非晶態(tài)InP薄膜。襯底溫度高于230℃，可在GaAs，InP及蘭寶石襯底上形成多晶InP膜。280-350℃的襯底溫度下，在<100>晶向的GaAs，InP和<311>晶向的GaAs襯底上形成InP單晶膜。290～335℃襯底溫度下，在<111>晶向的GaAs，InP和<110>晶向的砷化鎵襯底上可形成較薄的InP單晶膜。單晶InP薄膜為N型，載流子濃度為1016～1018cm-3。電阻率為10～10-3Ωcm。
用本發(fā)明濺射形成的InP薄膜，經(jīng)X-光衍射法，反射電子衍射法，俄歇光譜和掃描電子顯微鏡等方法測試表明，InP薄膜表面平整，有較好的化學(xué)計量比，在一定的沉積條件下，可得到InP非晶態(tài)，多晶或單晶薄膜，可用來制備器件。在光學(xué)玻璃片上濺射沉積的InP薄膜用來制備紅外濾色片及紅外衰減器，可用于測試儀器上。
權(quán)利要求
1.一種制備有高蒸汽壓組分的Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體化合物薄膜的射頻濺射方法，其特征是使用所要制造的半導(dǎo)體化合物碎料或大塊錠和少量高蒸氣壓組分的五族元素材料一起作為濺射靶。
2.按權(quán)利要求
1所述的射頻濺射方法，其特征是濺射靶置于濺射室的下方，襯底置于濺射靶上方。
3.按權(quán)利要求
1或2所述的射頻濺射方法，其特征是用合成磷化銦和少量紅磷作為濺射靶，襯底使用定向的GaA3單晶片，磷化銦單晶片，蘭寶石或光學(xué)玻璃等。
4.按權(quán)利要求
3所述的在磷化銦、砷化鎵單晶片上濺射沉積磷化銦單晶薄膜的方法，其特征在于對<100>晶向的磷化銦與砷化鎵襯底及<311>晶向的砷化鎵襯底，襯底溫度為280～350℃范圍，對<111>晶向的磷化銦及砷化鎵襯底及<110>晶向的砷化鎵襯底則維持襯底溫度在290～335℃范圍內(nèi)。
專利摘要
本發(fā)明是一種制備高蒸氣壓組分的Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體化合物薄膜的射頻濺射方法。為使濺射膜有較好化學(xué)計量比，本發(fā)明采用合成Ⅲ-Ⅴ族化合物塊錠或碎料和相應(yīng)的高蒸氣壓五族元素材料一起作為濺射靶并置于濺射室下方。本發(fā)明方法可在不同的襯底溫度下，得到單晶，多晶或非晶的Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體化合物薄膜。
文檔編號H01L21/02GK85100504SQ85100504
公開日1986年8月13日 申請日期1985年4月1日
發(fā)明者黎錫強 申請人:中國科學(xué)院上海冶金研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan