[其他]制備半導體化合物薄膜的射頻濺射法

無效

• 申請號: 85100504
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN85100504A
• 公開（公告）日: 1986-08-13
• 發明（設計）人: 黎錫強
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海冶金研究所
• 主分類號: H01L21/203
• 分類號: H01L21/203
• 代理公司: 中國科學院上海專利事務所
• 代理人: 季良赳

本發明是半導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法等。上述外延法能獲得性能良好的半導體單晶薄膜，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的工藝復雜，設備昂貴，特別是分子束外延設備的投資更大。

多年來，一直在探索用射頻濺射或真空蒸發法生長Ⅲ-Ⅴ族半導體薄膜。用濺射法已制備了砷化鎵（GaAs）、銻化鎵（GaSb）、銻化銦（InSb）、鎵鋁砷（Ga_1-xAl_xAs）、銦鋁銻（In_1-xAl_xSb）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或多晶的GaP薄膜。前一文中提及，在濺射時，出現磷化氫（PH₃）化合物，是氫與磷反應的結果，因而表明所獲GaP薄膜是偏離了GaP靶的化學計量比。

磷化銦（InP）是目前發展最為迅速的半導體材料之一。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，至今仍未見有關射頻濺射法制備InP薄膜的報道。

本發明提出了一種能用射頻濺射法制取有較好化學計量比的Ⅲ-Ⅴ族半導體化合物薄膜，特別是磷化物薄膜的方法。根據襯底材料及其晶向，沉積時的襯底溫度等條件的不同，可得到非晶態，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計量比的原因，本發明用合成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，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。

用本發明濺射形成的InP薄膜，經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，有較好的化學計量比，在一定的沉積條件下，可得到InP非晶態，多晶或單晶薄膜，可用來制備器件。在光學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。