RU2522812C1 - Method of manufacturing products, containing silicon substrate with silicon carbide film on its surface and reactor of realising thereof - Google Patents

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: method of manufacturing products, which contain a silicon substrate with a silicon carbide film on its surface, is realised in a gas-permeable chamber, placed in a reactor, into which a mixture of gases, including carbon oxide and silicon-containing gas, is supplied, with pressure in the reactor being 20-600 Pa, and a temperature of 950-1400°C. Substrates are placed in the gas-permeable chamber parallel to each other on a rib at a distance of 1-100 mm; the silicon carbide film is formed by a chemical reaction of superficial layers of the substrate silicon with carbon oxide. The gas-permeable chamber serves as a barrier for passing of silicon-containing gas molecules, but passes products of its thermal decomposition.

EFFECT: invention makes it possible to increase the quality of the obtained films with an increase of the process productivity.

5 cl, 7 dwg

Description

Заявляется группа изобретений - способ и реактор для осуществления способа, которые относятся к технологии получения нового класса полупроводниковых материалов и полупроводниковых наноматериалов, которые могут быть использованы при создании полупроводниковых и нано-полупроводниковых приборов нового поколения.Declares a group of inventions - a method and a reactor for implementing the method, which relate to the technology of obtaining a new class of semiconductor materials and semiconductor nanomaterials that can be used to create semiconductor and nano-semiconductor devices of a new generation.

Для ряда применений, например, в полупроводниковой технике, микро- и оптоэлектронике и новой, активно развивающейся области наноэлектроники могут быть использованы тонкие пленки карбида кремния и пленки нано-карбида кремния на различных подложках. Среди них представляют интерес подложки из кремния.For a number of applications, for example, in semiconductor technology, micro- and optoelectronics, and a new, rapidly developing field of nanoelectronics, thin films of silicon carbide and films of silicon nano-carbide on various substrates can be used. Among them, silicon substrates are of interest.

Известны способы, в которых в качестве источника атомов кремния и углерода используют газовую фазу, причем и кремний, и углерод подаются в зону синтеза в виде химических соединений (гидриды, галогениды, хлориды, углеводородные соединения и др.). Так, в способе по патенту US 3,386,866, пленку SiC получают методом химического восстановления, при котором на подложке -SiC (обычно 6H-SiC) осаждают продукт реакции CCl₄ и SiCl₄ в потоке водорода при нормальном давлении и T=1700-1800 K.Known methods in which a gas phase is used as a source of silicon and carbon atoms, both silicon and carbon are fed into the synthesis zone in the form of chemical compounds (hydrides, halides, chlorides, hydrocarbon compounds, etc.). Thus, in the method of US Pat. No. 3,386,866, a SiC film is prepared by chemical reduction, in which the reaction product CCl ₄ and SiCl ₄ are deposited on a -SiC substrate (usually 6H-SiC) in a stream of hydrogen at normal pressure and T = 1700-1800 K.

Известный способ по патенту US 3,520,740 позволяет получить изделие с эпитаксиальными слоями SiC на подложке -SiC с использованием конвективного нагрева графитового держателя подложки при нормальном давлении. Пленку осаждают из смеси газов SiH₄, C₃H₈ и H₂. В результате пиролиза в смеси газов образуются пары карбида кремния, конденсирующиеся на подложке. Удовлетворительное качество пленки реализуется в интервале температур 1700-1850°C.The known method according to US patent 3,520,740 allows to obtain an article with epitaxial SiC layers on a -SiC substrate using convective heating of the graphite support of the substrate at normal pressure. The film is deposited from a mixture of gases SiH ₄ , C ₃ H ₈ and H ₂ . As a result of pyrolysis in a mixture of gases, silicon carbide vapors are formed which condense on the substrate. Satisfactory film quality is realized in the temperature range 1700-1850 ° C.

В патенте RU 2162117 раскрыт «Способ эпитаксиального выращивания карбида кремния». В этом способе карбид кремния наносят на кремний путем химического осаждения из паровой фазы на ростовой поверхности подложки. В камеру реактора с установленной в ней, по меньшей мере, одной подложкой подают заданную пропорцию газообразных реагентов, содержащих соответственно кремний (SiH₄ или SiH₂Cl₂) и углерод (C₃H₈ или C₂H₄ в смеси с аргоном, водородом или гелием), нагревают стенки камеры до температуры в пределах интервала 1800-2500°C и нагревают подложки, причем реагент, содержащий кремний, и реагент, содержащий углерод, подают в камеру раздельно и смешивают непосредственно в зоне ростовой поверхности подложки.Patent RU 2162117 discloses a “Method for the Epitaxial Growth of Silicon Carbide”. In this method, silicon carbide is deposited on silicon by chemical vapor deposition on the growth surface of the substrate. A predetermined proportion of gaseous reactants containing silicon (SiH ₄ or SiH ₂ Cl ₂ ) and carbon (C ₃ H ₈ or C ₂ H ₄ mixed with argon, hydrogen, is fed into the reactor chamber with at least one substrate installed in it) or helium), the walls of the chamber are heated to a temperature within the range of 1800-2500 ° C and the substrates are heated, and the reagent containing silicon and the reagent containing carbon are fed into the chamber separately and mixed directly in the region of the growth surface of the substrate.

Недостатком указанных способов являются сложность технологии получения, а именно, необходимость поддержания оптимального состава компонентов в газовой смеси, сложность реализации требуемых условий процесса в больших реакторах, где сказывается неравномерность концентрации реагентов по объему за счет выработки реагентов из-за их температурного разложения и осаждения на стенки в процессе газопереноса. Это не позволяет обрабатывать большое количество подложек в одном технологическом цикле.The disadvantage of these methods is the complexity of the production technology, namely, the need to maintain the optimal composition of the components in the gas mixture, the difficulty of implementing the required process conditions in large reactors, which affects the uneven concentration of the reactants in volume due to the production of reactants due to their temperature decomposition and deposition on the walls in the process of gas transfer. This does not allow to process a large number of substrates in one technological cycle.

В описанном выше патенте RU 2162117 также раскрыта конструкция реактора, реализующего способ. Реактор для эпитаксиального выращивания монокристаллического карбида кремния путем химического осаждения из паровой фазы на ростовой поверхности подложки содержит камеру с установленной в ней одной или двумя диаметрально расположенными подложками, имеет каналы для раздельной подачи в камеру реагента, содержащего кремний, и реагента, содержащего углерод и средство нагрева стенок камеры, позволяющее поддерживать температуру стенок камеры в пределах 1800-2500°C. Внутренняя поверхность камеры реактора выполнена из твердого раствора карбида тантала и кремния в тантале. Пространство между корпусом и внешними стенками камеры заполнено теплоизолятором из пористого графита. Подложки установлены на графитовых пьедесталах, которые соосно закреплены на приводных валах. Валы соединены с механизмами, обеспечивающими подложкам вращательное и поступательное движения вдоль их осей. Недостатком устройства является сложность его конструкции и низкая производительность, т.к. одновременно можно выращивать пленки на одной или только на двух подложках, высокие температуры синтеза, свыше 1700°C.The patent RU 2162117 described above also discloses the design of a reactor implementing the method. The reactor for epitaxial growing of single-crystal silicon carbide by chemical vapor deposition on the substrate growth surface contains a chamber with one or two diametrically located substrates installed in it, has channels for separately supplying a reagent containing silicon and a reagent containing carbon and heating means to the chamber the walls of the chamber, allowing you to maintain the temperature of the walls of the chamber in the range of 1800-2500 ° C. The inner surface of the reactor chamber is made of a solid solution of tantalum carbide and silicon in tantalum. The space between the body and the outer walls of the chamber is filled with a porous graphite heat insulator. The substrates are mounted on graphite pedestals, which are coaxially mounted on the drive shafts. The shafts are connected to mechanisms providing the substrates with rotational and translational movements along their axes. The disadvantage of this device is the complexity of its design and low productivity, because at the same time, films can be grown on one or only two substrates, high synthesis temperatures, above 1700 ° C.

Известны способы, в которых углерод доставляется в зону реакции через газовую фазу, а источником кремния является сама подложка, т.е. твердая фаза.Methods are known in which carbon is delivered to the reaction zone through the gas phase, and the substrate itself is the source of silicon, i.e. solid phase.

В качестве прототипа первого заявляемого объекта (способа) выбран «Способ получения пленки карбида кремния», описанный в патенте RU 2363067. Способ заключается в нагреве подложки и синтезе пленки на поверхности кремниевой подложки в газовой среде, содержащей соединения углерода, в качестве газовой среды используют оксид или диоксид углерода либо смесь оксида или диоксида углерода с инертным газом и/или азотом при давлении 20-600 Па, а нагрев кремниевой подложки осуществляют до температуры 950-1400°C. Возможно использование только оксида углерода CO или только диоксида углерода CO₂.As a prototype of the first claimed object (method), the “Method for producing a silicon carbide film” described in patent RU 2363067 is selected. The method consists in heating the substrate and synthesizing the film on the surface of a silicon substrate in a gas medium containing carbon compounds; oxide is used as the gas medium or carbon dioxide or a mixture of carbon monoxide or inert gas and / or nitrogen at a pressure of 20-600 Pa, and the silicon substrate is heated to a temperature of 950-1400 ° C. It is possible to use only carbon monoxide CO or only carbon dioxide CO ₂ .

К недостаткам этого способа относится наличие дефектов типа ямок травления и недостаточное кристаллографическое совершенство получаемых слоев SiC.The disadvantages of this method include the presence of defects such as etching pits and insufficient crystallographic perfection of the obtained SiC layers.

Наиболее близким ко второму заявляемому объекту (реактору) является CVD-реактор, описанный в патенте RU 2394117 [Патент RU 2394117, опубл. 10.07.2010, Вариант 5, представленный на Фиг.3 описания к патенту], принятый за прототип. В реакторе синтез гетероэпитаксальных пленок карбида кремния на кремниевой подложке осуществляется путем химического осаждения из газовой фазы. В корпусе реактора установлен подложкодержатель, выполненный из цельного куска графита в виде двух конусов, соединенных вместе. Подложкодержатели при помощи держателя закреплены в контейнере. Контейнер помещен во внутрь графитового нагревателя, разогреваемого при помощи индуктора. Секции из нагревателей расположены в реакторе вокруг центрального токоввода. В центральном водоохлаждаемом токовводе выполнены отверстия, через которые осуществляется отвод продуктов реакции образования карбида кремния. Водород подается внутрь нагревателей через вторые токовводы, которые закреплены во внешнем корпусе реактора. Подложкодержатели установлены радиально на многоярусной карусели, что позволяет более эффективно использовать излучение от каждого нагревателя.Closest to the second claimed object (reactor) is the CVD reactor described in patent RU 2394117 [Patent RU 2394117, publ. July 10, 2010, Option 5, presented in FIG. 3 of the patent specification], adopted as a prototype. In the reactor, the synthesis of heteroepitaxial films of silicon carbide on a silicon substrate is carried out by chemical vapor deposition. A substrate holder is installed in the reactor vessel, made of a single piece of graphite in the form of two cones connected together. Substrate holders are secured in a container with a holder. The container is placed inside a graphite heater, heated by an inductor. Sections of heaters are located in the reactor around the central current lead. Holes are made in the central water-cooled current lead through which the products of the reaction of silicon carbide formation are removed. Hydrogen is supplied into the heaters through the second current leads, which are fixed in the outer reactor vessel. Substrate holders are mounted radially on a multi-tier carousel, which allows more efficient use of radiation from each heater.

Основным недостатком прототипа реактора является сложность конструкции, наличие вращающихся элементов, функционирующих при повышенных температурах и низких давлениях, что предъявляет особые требования к уплотняющим узлам. Дополнительно следует отметить, что работа реактора основана на принципе осаждения из газовой фазы, а следовательно, реализуемому при работе реактора способу присущи недостатки, описанные выше - низкое качество пленок.The main disadvantage of the prototype reactor is the design complexity, the presence of rotating elements that operate at elevated temperatures and low pressures, which makes special demands on the sealing nodes. Additionally, it should be noted that the operation of the reactor is based on the principle of deposition from the gas phase, and therefore, the method implemented during the operation of the reactor has the disadvantages described above - the low quality of the films.

Заявляемое изобретение направлено на устранение указанных недостатков и повышение качества пленки из карбида кремния, существенное увеличение производительности и упрощение технологии изготовления изделия, содержащего пленку из карбида кремния на поверхности кремниевой подложки.The invention is aimed at eliminating these disadvantages and improving the quality of the film of silicon carbide, a significant increase in productivity and simplification of the manufacturing technology of an article containing a film of silicon carbide on the surface of a silicon substrate.

Заявляемый технический результат - изготовление за один технологический цикл большого количества изделий, содержащих подложку из кремния с эпитаксиальной пленкой карбида кремния с высоким кристаллографическим совершенством без дефектов типа ямок травления.The claimed technical result is the manufacture in one technological cycle of a large number of products containing a silicon substrate with an epitaxial silicon carbide film with high crystallographic perfection without defects such as etching pits.

Поставленная комплексная задача решается изменением технологии формирования пленок и соответствующим изменением конструкции реактора.The complex task is solved by changing the technology of film formation and the corresponding change in the design of the reactor.

Заявляемый способ изготовления изделий, содержащих кремниевую подложку, с пленкой карбида кремния на ее поверхности, характеризуется тем, что осуществляется в газопроницаемой камере, размещенной в реакторе, в который подают смесь газов, включающую оксид углерода и кремнийсодержащий газ, при этом давление в реакторе 20-600 Па, температура 950-1400°C. Подложки располагают в газопроницаемой камере параллельно друг другу (на ребро) на расстоянии 1-10 мм, а пленка из карбида кремния формируется путем химической реакции поверхностных слоев кремния подложки с оксидом углерода. При этом газопроницаемая камера служит барьером для прохождения молекул кремнийсодержащего газа, но пропускает продукты его термического разложения.The inventive method of manufacturing products containing a silicon substrate with a silicon carbide film on its surface is characterized in that it is carried out in a gas-permeable chamber placed in a reactor into which a mixture of gases including carbon monoxide and silicon-containing gas is supplied, while the pressure in the reactor 20- 600 Pa, temperature 950-1400 ° C. The substrates are placed in a gas-permeable chamber parallel to each other (on the edge) at a distance of 1-10 mm, and a silicon carbide film is formed by the chemical reaction of the surface layers of silicon of the substrate with carbon monoxide. In this case, the gas-permeable chamber serves as a barrier to the passage of molecules of silicon-containing gas, but passes the products of its thermal decomposition.

В качестве кремнийсодержащего газа может быть использован силан (SiH₄), или дисилан (Si₂H₆) или трихлорсилан (SiHCl₃), или силано-аргоновая газовая смесь, в которой аргон является газом-носителем.As the silicon-containing gas, silane (SiH ₄ ), or disilane (Si ₂ H ₆ ) or trichlorosilane (SiHCl ₃ ), or a silane-argon gas mixture in which argon is a carrier gas can be used.

Заявляемый реактор для изготовления изделий, содержащих кремниевую подложку с пленкой карбида кремния на ее поверхности, имеет корпус с нагреваемым до 950-1400°C внутренним объемом и снабжен патрубком подачи газовой смеси, включающей оксид углерода и кремнийсодержащий газ, и патрубком вывода газообразных продуктов реакции. Внутри корпуса расположена газопроницаемая камера, служащая барьером для прохождения молекул кремнийсодержащего газа, с расположенным в ней подложкодержателем, выполненным с обеспечением возможности параллельной (на ребро) установки пластин кремниевых подложек. Предпочтительно применение газопроницаемой камеры, стенки которой выполнены из пористого графита. Соотношение толщины стенок и пористости газопроницаемой камеры выбирают из условия обеспечения конструктивной прочности, а также из условия создания необходимой развитой контактной поверхности, обеспечивающей тепловое разложение силана, или другого кремнийсодержащего газа, при прохождении его, точнее продуктов его теплового разложения, сквозь стенки камеры при заданной температуре и давлении во внутреннем объеме реактора.The inventive reactor for the manufacture of products containing a silicon substrate with a silicon carbide film on its surface, has a housing with an internal volume heated to 950-1400 ° C and is equipped with a nozzle for supplying a gas mixture, including carbon monoxide and silicon-containing gas, and a nozzle for withdrawing gaseous reaction products. A gas-permeable chamber is located inside the casing, which serves as a barrier for the passage of silicon-containing gas molecules, with a substrate holder located in it, made possible to install silicon wafer plates in parallel (on the edge). It is preferable to use a gas-permeable chamber, the walls of which are made of porous graphite. The ratio of wall thickness and porosity of the gas-permeable chamber is chosen from the condition of ensuring structural strength, as well as from the condition of creating the necessary developed contact surface that provides thermal decomposition of silane, or other silicon-containing gas, when it passes, more precisely, products of its thermal decomposition, through the chamber walls at a given temperature and pressure in the internal volume of the reactor.

Для того чтобы лучше продемонстрировать отличительные особенности изобретения, в качестве примера, не имеющего какого-либо ограничительного характера, ниже описаны варианты реализации. Примеры реализации иллюстрируется чертежами, на которых представлено:In order to better demonstrate the distinguishing features of the invention, as an example, not having any restrictive nature, the following describes the implementation options. Examples of implementation are illustrated by the drawings, which show:

Фиг.1 - схема заявляемого реактора, применяемого для изготовления образцов по описанным ниже Примерам.Figure 1 - diagram of the inventive reactor used for the manufacture of samples according to the Examples described below.

Фиг.2 - изображение поверхности образца изделия (размер 20x20 мкм), изготовленного по Примеру 1 (с добавлением силана в газовую смесь), полученное сканирующем зондовым микроскопом.Figure 2 - image of the surface of the sample product (size 20x20 μm) made according to Example 1 (with the addition of silane in the gas mixture) obtained by a scanning probe microscope.

Фиг.3 - изображение поверхности образца (размер 20х20 мкм), изготовленного при условиях, аналогичных Примеру 1, но без добавления силана, полученное сканирующем зондовым микроскопом.Figure 3 - image of the surface of the sample (size 20x20 μm), manufactured under conditions similar to Example 1, but without the addition of silane, obtained by a scanning probe microscope.

Фиг.4 - Рентгенограмма для образца карбида кремния на кремниевой подложке, изготовленного по Примеру 1 (с добавлением силана в газовую смесь):Figure 4 - X-ray diffraction pattern for a sample of silicon carbide on a silicon substrate made according to Example 1 (with the addition of silane in the gas mixture):

а) зависимость, снятая в режиме ω-2θ, полуширина рентгеновской кривой составляет 0.14°,a) the dependence taken in the ω-2θ mode, the half-width of the x-ray curve is 0.14 °,

б) зависимость, снятая в режиме ω-θ, полуширина рентгеновской кривой составляет 0.6°.b) the dependence recorded in the ω-θ mode, the half-width of the x-ray curve is 0.6 °.

Фиг.5 - Рентгенограмма дифракции для образца карбида кремния на кремниевой подложке, изготовленного при условиях, аналогичных Примеру 1, но без добавления силана.Figure 5 - X-ray diffraction pattern for a sample of silicon carbide on a silicon substrate, manufactured under conditions similar to Example 1, but without the addition of silane.

а) зависимость, снятая в режиме ω-2θ, полуширина рентгеновской кривой составляет 0.3°,a) the dependence taken in the ω-2θ mode, the half-width of the x-ray curve is 0.3 °,

б) зависимость, снятая в режиме ω-θ, полуширина рентгеновской кривой составляет 0.75°.b) the dependence recorded in the ω-θ mode, the half-width of the x-ray curve is 0.75 °.

Фиг.6 - рамановские спектры для образца карбида кремния на кремниевой подложке, изготовленного по Примеру 1. Ширина линии, центрированной на 794 см^-1, соответствующей продольным составляющим фононного спектра (ТО фононам) карбида кремния, составляет 6 см^-1.6 - Raman spectra for a sample of silicon carbide on a silicon substrate made according to Example 1. The width of the line centered at 794 cm ^-1 corresponding to the longitudinal components of the phonon spectrum (TO phonons) of silicon carbide is 6 cm ^-1 .

Фиг.7 - рамановские спектры для образца карбида кремния на кремниевой подложке, изготовленного при условиях, аналогичных Примеру 1, но без добавления силана. Ширина линии, центрированной на 794 см^-1, соответствующей продольным составляющим фононного спектра (ТО фононам) фононам карбида кремния, составляет 12 см^-1.Fig.7 - Raman spectra for a sample of silicon carbide on a silicon substrate, manufactured under conditions similar to Example 1, but without the addition of silane. The width of the line centered at 794 cm ^-1 corresponding to the longitudinal components of the phonon spectrum (TO phonons) phonons of silicon carbide is 12 cm ^-1 .

На Фиг.1 представлено схематичное изображение заявляемого реактора, где введены следующие обозначения: 1 - стенки реактора, 2 - патрубок подачи газовой смеси, включающей оксид углерода и кремнийсодержащий газ, 3 - патрубок вывода газообразных продуктов реакции, 4 - стенки газопроницаемой камеры, 5 - параллельно установленные кремниевые пластины, 6 - крышка газопроницаемой камеры.Figure 1 presents a schematic representation of the inventive reactor, where the following notation is introduced: 1 - wall of the reactor, 2 - pipe supply of the gas mixture, including carbon monoxide and silicon-containing gas, 3 - pipe outlet of gaseous reaction products, 4 - wall of the gas-permeable chamber, 5 - silicon wafers installed in parallel; 6 — cover of the gas-permeable chamber.

При работе реактора осуществляется заявленный способ.When the reactor is operating, the claimed method is carried out.

Для реализации способа кремниевые подложки, представляющие собой пластины монокристаллического кремния, вырезанные с учетом кристаллографической ориентации, помещают во внутренний объем реактора в специальной кассете, представляющей собой газопроницаемую камеру, выполненную из графита. Кремниевые подложки устанавливают параллельно друг другу с промежутком 1-10 мм и нагревают в вакууме при остаточном давлении газов 10^-2-10^-3 Па до температуры 500-800°C. Затем выполняется прокачка через реактор оксида углерода CO и кремнийсодержащего газа (силана) или его смеси с инертным газом. Температуру повышают до 950-1400°C и выдерживают образцы в течение 1-80 минут. Давление в реакторе поддерживается в пределах 20-600 Па, а температура - в указанном интервале. После формирования слоя карбида кремния и остывания полученные изделия извлекают.To implement the method, silicon substrates, which are single-crystal silicon wafers cut taking into account the crystallographic orientation, are placed in the internal volume of the reactor in a special cassette, which is a gas-permeable chamber made of graphite. Silicon substrates are installed parallel to each other with a gap of 1-10 mm and heated in vacuum at a residual gas pressure of 10 ^-2 -10 ^-3 Pa to a temperature of 500-800 ° C. Then pumping through the reactor carbon monoxide CO and silicon-containing gas (silane) or its mixture with an inert gas. The temperature is increased to 950-1400 ° C and the samples are kept for 1-80 minutes. The pressure in the reactor is maintained in the range of 20-600 Pa, and the temperature in the indicated range. After the formation of the silicon carbide layer and cooling, the obtained products are recovered.

Интервал давлений и температур обусловлен скоростью протекания химической реакции. При более низких давлениях (меньше 20 Па) и температурах (меньше 950°C) скорость настолько мала, что карбид кремния практически не образуется. При более высоких значениях (давление выше 600 Па и температура выше 1400°C) скорость настолько велика, что пленка из карбида кремния имеет блочную структуру, причем блоки разориентированы относительно друг друга (т.е. пленка не является монокристаллической). Используемый дополнительно инертный газ выполняет роль газа-носителя, обеспечивающего доставку реагентов в реактор.The pressure and temperature range is determined by the rate of the chemical reaction. At lower pressures (less than 20 Pa) and temperatures (less than 950 ° C), the speed is so low that virtually no silicon carbide is formed. At higher values (pressure above 600 Pa and temperature above 1400 ° C), the speed is so great that the silicon carbide film has a block structure, and the blocks are misoriented relative to each other (i.e., the film is not monocrystalline). The inert gas used additionally acts as a carrier gas, which ensures the delivery of reagents to the reactor.

Пример 1. В качестве подложек используют две, три, четыре, пять, шесть и более пластин монокристаллического кремния любой марки, диаметром 35, 56, 60, 76 мм, 100 мм, 150 мм и более с ориентацией поверхности (111), (100), (110), (210), (310), (311), (510) или любой другой ориентации. Эти кремниевые подложки, установленные на ребро, помещают в графитовую газопроницаемую камеру на расстоянии 2 мм друг от друга, камеру помещают в реактор, откачивают воздух, осуществляют нагрев до 800°C и подают оксид углерода CO при давлении в реакторе 150 Па. Затем нагревают внутренний объем реактора до температуры 1250°C и подают силан SiH₄, поддерживая в реакторе давление 150 Па. После выдержки подложек при указанных условиях в течение 10 минут подачу газов прекращают, газообразные продукты реакции откачивают и реактор охлаждается, после чего извлекают графитовую камеру с подложками из реактора. Наличие пленки карбида кремния, сформированной на подложках кремния, фиксируют методом оптической микроскопии, эллипсометрии или электронографии.Example 1. As substrates, two, three, four, five, six or more wafers of monocrystalline silicon of any brand with a diameter of 35, 56, 60, 76 mm, 100 mm, 150 mm or more with a surface orientation of (111), (100 ), (110), (210), (310), (311), (510) or any other orientation. These silicon substrates, mounted on an edge, are placed in a graphite gas-permeable chamber at a distance of 2 mm from each other, the chamber is placed in a reactor, the air is evacuated, heating is carried out at 800 ° C and carbon monoxide is supplied CO at a pressure of 150 Pa in the reactor. Then the internal volume of the reactor is heated to a temperature of 1250 ° C and silane SiH _{4 is} fed, maintaining a pressure of 150 Pa in the reactor. After holding the substrates under the indicated conditions for 10 minutes, the gas supply is stopped, the gaseous reaction products are pumped out and the reactor is cooled, after which the graphite chamber with the substrates is removed from the reactor. The presence of a silicon carbide film formed on silicon substrates is recorded by optical microscopy, ellipsometry or electron diffraction.

Структура полученных образцов исследована методом сканирующей зондовой микроскопии, рентгенографии и рамановского рассеяния, результаты отражены на Фиг.2, Фиг.4, Фиг.6.The structure of the obtained samples was studied by scanning probe microscopy, X-ray diffraction and Raman scattering, the results are reflected in Figure 2, Figure 4, Figure 6.

Для сравнения были изготовлены образцы изделий на тех же, что и в Примере 1 режимах, но без ввода силана в реактор. Результаты исследований отражены на Фиг.3, Фиг.5, Фиг.7.For comparison, product samples were made using the same modes as in Example 1, but without introducing silane into the reactor. The research results are reflected in Fig.3, Fig.5, Fig.7.

Как видно из сравнительных исследований, добавление силана в газовую смесь позволяет устранить дефекты типа ямок травления в полученных пленках карбида кремния (Фиг.2, 3). Величина среднеквадратичной шероховатости пленок карбида кремния изготовленных с добавлением силана составила 5-10 нм. Кроме того, на рентгеновских дифрактограммах (Фиг.4, 5) наблюдаются более узкие линии, относящиеся к пленкам карбида кремния, изготовленным с добавлением силана. Сужение линий, соответствующих карбиду кремния в случае добавления силана в процессе роста, наблюдается также на спектрах рамановского рассеяния (Фиг.6, 7). Такое сужение линий, соответствующих карбиду кремния, указывает на высокое структурное совершенство полученных пленок карбида кремния в случае использования добавки силана в газовую смесь при расположении подложек внутри газопроницаемой камеры.As can be seen from comparative studies, the addition of silane to the gas mixture eliminates defects such as etching pits in the obtained films of silicon carbide (Figure 2, 3). The rms roughness of the silicon carbide films made with the addition of silane was 5–10 nm. In addition, in the x-ray diffraction patterns (Figs. 4, 5), narrower lines are observed related to silicon carbide films made with the addition of silane. The narrowing of the lines corresponding to silicon carbide in the case of adding silane during the growth process is also observed in the Raman scattering spectra (Fig.6, 7). Such a narrowing of the lines corresponding to silicon carbide indicates a high structural perfection of the obtained silicon carbide films in the case of using an addition of silane to the gas mixture when the substrates are located inside the gas-permeable chamber.

Пример 2. В качестве подложек используют две, три, четыре, пять, шесть и более пластин монокристаллического кремния любой марки диаметром 35, 56, 60, 76 мм, 100 мм, 150 мм и более с ориентацией поверхности (111) с отклонением от базовой плоскости (111) на 0°, (100), (110), (210) или любой другой ориентации. Эти кремниевые подложки помещают в графитовую газопроницаемую камеру на расстоянии 2 мм друг от друга, камеру помещают в реактор, откачивают воздух, осуществляют нагрев до 800°C и подают оксид углерода CO при давлении в реакторе 80 Па, затем нагревают внутренний объем до температуры 950°C-1380°C и подают поток разбавленного аргоном силана SiH₄, поддерживая в реакторе давление 80 Па. После выдержки при указанных условиях в течение 15 минут подачу газов прекращают, газообразные продукты реакции откачивают и реактор охлаждают, после чего извлекают графитовую камеру с подложками из реактора. Наличие пленки карбида кремния, сформированной на подложках кремния, фиксируют методом оптической микроскопии, эллипсометрии или электронографии.Example 2. As substrates, two, three, four, five, six or more single crystal silicon wafers of any grade with a diameter of 35, 56, 60, 76 mm, 100 mm, 150 mm or more with a surface orientation of (111) with a deviation from the base are used plane (111) to 0 °, (100), (110), (210) or any other orientation. These silicon substrates are placed in a graphite gas-permeable chamber at a distance of 2 mm from each other, the chamber is placed in the reactor, air is evacuated, heated to 800 ° C and carbon monoxide is supplied at a pressure of 80 Pa in the reactor, then the internal volume is heated to a temperature of 950 ° C-1380 ° C and serves a stream of argon-diluted silane SiH ₄ , maintaining a pressure of 80 Pa in the reactor. After holding under the indicated conditions for 15 minutes, the gas supply is stopped, the gaseous reaction products are pumped out and the reactor is cooled, after which the graphite chamber with the substrates is removed from the reactor. The presence of a silicon carbide film formed on silicon substrates is recorded by optical microscopy, ellipsometry or electron diffraction.

Структура и характеристики полученных образцов схожи со структурой и характеристиками образцов, описанных в Примере 1. Использование разбавления силана аргоном позволяет повысить безопасность работы и сделать используемый технологический процесс более экологически чистым.The structure and characteristics of the obtained samples are similar to the structure and characteristics of the samples described in Example 1. The use of dilution of silane with argon can improve the safety of work and make the process used more environmentally friendly.

Пример 3. В качестве подложек используют 50 пластин монокристаллического кремния различных марок диаметром 76 мм или 100 мм. Эту кремниевые подложки помещают в графитовую газопроницаемую камеру размером 100*100*150 мм на расстоянии 1 мм друг от друга (Фиг.1), камеру помещают в реактор, откачивают воздух, осуществляют нагрев до 850°C и подают оксид углерода при давлении в реакторе 170 Па, затем нагревают печь до температуры 1270°C и подают поток разбавленного аргоном силана SiH₄, поддерживая в реакторе давление 170 Па. После выдержки при указанных условиях в течение 15 минут подачу газов прекращают, газообразные продукты реакции откачивают и реактор охлаждают, после чего извлекают камеру с подложками из реактора. Наличие пленки карбида кремния, сформированной на подложках кремния, фиксируют методом оптической микроскопии.Example 3. As substrates, 50 wafers of single crystal silicon of various grades with a diameter of 76 mm or 100 mm are used. This silicon substrate is placed in a graphite gas-permeable chamber with a size of 100 * 100 * 150 mm at a distance of 1 mm from each other (Figure 1), the chamber is placed in a reactor, air is pumped out, heating is carried out to 850 ° C and carbon monoxide is supplied at a pressure in the reactor 170 Pa, then the furnace is heated to a temperature of 1270 ° C and a stream of silane SiH ₄ diluted with argon is fed, maintaining a pressure of 170 Pa in the reactor. After holding under the indicated conditions for 15 minutes, the gas supply is stopped, the gaseous reaction products are pumped out and the reactor is cooled, after which the chamber with the substrates is removed from the reactor. The presence of a silicon carbide film formed on silicon substrates is recorded by optical microscopy.

Пример 4. В качестве подложек используют две, три, четыре, пять, шесть и более пластин монокристаллического кремния различных марок диаметром 35, 56, 60, 76 мм, 100 мм, 150 мм и более с ориентацией поверхности, отклоненной на 2°, 4°, 6°, 8°, 10° или 12° или любой другой градус, лежащий в пределе между 2° и 14° от базовой плоскости (111). Эти кремниевые подложки помещают в графитовую газопроницаемую камеру на расстоянии 5 мм друг от друга, камеру помещают в реактор, откачивают воздух, осуществляют нагрев до 800°C и подают оксид углерода СО при давлении в реакторе 80 Па, затем нагревают внутренний объем до температуры 950°C- 1300°C и подают поток разбавленного аргоном силана SiH₄, поддерживая в реакторе давление 100 Па. После выдержки при указанных условиях в течение 5 минут подачу газов прекращают, газообразные продукты реакции откачивают и реактор охлаждают, после чего извлекают графитовую камеру с подложками из реактора. Наличие пленки карбида кремния, сформированной на подложках кремния, фиксируют методом оптической микроскопии, эллипсометрии или электронографии.Example 4. As substrates, two, three, four, five, six or more single crystal silicon wafers of various grades with a diameter of 35, 56, 60, 76 mm, 100 mm, 150 mm and more with a surface orientation deviated by 2 °, 4 are used °, 6 °, 8 °, 10 ° or 12 ° or any other degree lying between 2 ° and 14 ° from the reference plane (111). These silicon substrates are placed in a graphite gas-permeable chamber at a distance of 5 mm from each other, the chamber is placed in the reactor, air is pumped out, heated to 800 ° C and carbon monoxide is supplied at a pressure of 80 Pa in the reactor, then the internal volume is heated to a temperature of 950 ° C is 1300 ° C and a stream of SiH ₄ diluted with argon is fed, maintaining a pressure of 100 Pa in the reactor. After holding under the indicated conditions for 5 minutes, the gas supply is stopped, the gaseous reaction products are pumped out and the reactor is cooled, after which the graphite chamber with the substrates is removed from the reactor. The presence of a silicon carbide film formed on silicon substrates is recorded by optical microscopy, ellipsometry or electron diffraction.

Пример 5. В качестве подложек используют две, три, четыре, пять, шесть и более пластин монокристаллического различных марок диаметром 35, 56, 60, 76 мм, 100 мм, 150 мм и более с ориентацией поверхности, отклоненной на 2°, 4°, 6°, 7°, 8°, 10° или любой другой градус, лежащий в пределе между 2° и 10° от базовой плоскости (100). Эти кремниевые подложки помещают в графитовую газопроницаемую камеру на расстоянии 10 мм друг от друга, камеру помещают в реактор, откачивают воздух, осуществляют нагрев до 800°C и подают оксид углерода CO при давлении в реакторе 200 Па, затем нагревают внутренний объем до температуры 1000°C-1270°C и подают поток разбавленного аргоном силана SiH₄, поддерживая в реакторе давление 200 Па. После выдержки при указанных условиях в течение 3 минут подачу газов прекращают, газообразные продукты реакции откачивают и реактор охлаждают, после чего извлекают графитовую камеру с подложками из реактора. Наличие пленки карбида кремния, сформированной на подложках кремния, фиксируют методом оптической микроскопии, эллипсометрии или электронографии.Example 5. As substrates, two, three, four, five, six or more single crystal plates of various grades with a diameter of 35, 56, 60, 76 mm, 100 mm, 150 mm or more with a surface orientation deviated by 2 °, 4 ° are used , 6 °, 7 °, 8 °, 10 ° or any other degree lying between 2 ° and 10 ° from the base plane (100). These silicon substrates are placed in a graphite gas-permeable chamber at a distance of 10 mm from each other, the chamber is placed in the reactor, the air is evacuated, heated to 800 ° C and carbon monoxide is supplied CO at a pressure of 200 Pa in the reactor, then the internal volume is heated to a temperature of 1000 ° C-1270 ° C and serves a stream of argon-diluted silane SiH ₄ , maintaining a pressure of 200 Pa in the reactor. After holding under the indicated conditions for 3 minutes, the gas supply is stopped, the gaseous reaction products are pumped out and the reactor is cooled, after which the graphite chamber with the substrates is removed from the reactor. The presence of a silicon carbide film formed on silicon substrates is recorded by optical microscopy, ellipsometry or electron diffraction.

Структура и характеристики полученных образцов схожи со структурой и характеристиками образцов, описанных в Примере 1. Использование газопроницаемой камеры с большим количеством кремниевых подложек позволяет существенно повысить производительность технологического процесса получения пленок карбида кремния на кремниевых подложках и снизить их стоимость.The structure and characteristics of the obtained samples are similar to the structure and characteristics of the samples described in Example 1. The use of a gas-permeable chamber with a large number of silicon substrates can significantly increase the performance of the process for producing silicon carbide films on silicon substrates and reduce their cost.

Аналогичные результаты были получены с применением дисилана (Si₂H₆) или трихлорсилана (SiHCl₃).Similar results were obtained using disilane (Si ₂ H ₆ ) or trichlorosilane (SiHCl ₃ ).

Принципиальное отличие данного способа от способа, предложенного в прототипе и в других известных способах, заключается в использовании газопроницаемой для камеры с расположенными параллельно друг другу кремниевыми подложками с промежутком 1-10 мм, а также в добавке в газовую смесь кремнийсодержащего газа, который быстро разлагается при используемых температурах 950-1400°C. Через стенки газопроницаемой камеры свободно проходит CO, непосредственно участвующий в формировании пленки путем химической реакции с ним поверхностных слоев кремния подложки. Для кремнийсодержащего газа (молекул) стенки камеры являются барьером, но при контакте кремнийсодержащего газа с нагретыми стенками камеры он разлагается (диссоциирует), и продукты разложения проходят сквозь поры камеры и оказывают влияние на процесс формирования пленки.The fundamental difference between this method and the method proposed in the prototype and in other known methods is to use a gas-permeable chamber with silicon substrates parallel to each other with a gap of 1-10 mm, and also to add silicon-containing gas to the gas mixture, which quickly decomposes when used temperatures are 950-1400 ° C. Through the walls of the gas-permeable chamber, CO freely passes, directly participating in the formation of the film by chemical reaction with it of the surface layers of silicon substrate. For silicon-containing gas (molecules), the walls of the chamber are a barrier, but upon contact of the silicon-containing gas with the heated walls of the chamber, it decomposes (dissociates), and the decomposition products pass through the pores of the chamber and affect the film formation process.

Важность этого влияния можно пояснить, рассмотрев механизм роста пленки карбида кремния. Этот механизм базируется на предварительном внедрении в кристаллическую решетку матрицы кремния точечных дефектов, из которых в дальнейшем будет собираться остов будущей пленки. При росте пленки SiC на подложке Si, при температуре выше 900°C, такими дефектами являются атом углерода C, внедренный в межузельную позицию Si, и вакансия, образовавшаяся в результате удаления одного из атомов Si. В результате проведенных исследований удалось доказать, что в объеме кремниевой подложки, т.е. в кристаллах с кубической симметрией, данные точечные дефекты притягиваются друг к другу, если они расположены вдоль направления <111>, образуя устойчивые объекты нового типа - упругие дилатационные диполи. Это взаимодействие и снимает упругую энергию при росте пленки SiC. Синтез дилатационных диполей "углерод-вакансия Si" можно осуществить при помощи химической реакции взаимодействия моноокиси углерода с кремнием, протекающей при температуре выше 900°C.The importance of this effect can be explained by considering the growth mechanism of a silicon carbide film. This mechanism is based on the preliminary introduction of point defects into the silicon lattice of the silicon matrix, from which the skeleton of the future film will be collected in the future. When a SiC film grows on a Si substrate at a temperature above 900 ° C, such defects are the carbon atom C introduced into the interstitial position of Si and the vacancy formed as a result of the removal of one of the Si atoms. As a result of the studies, it was possible to prove that in the volume of the silicon substrate, i.e. in crystals with cubic symmetry, these point defects are attracted to each other if they are located along the <111> direction, forming stable objects of a new type - elastic dilated dipoles. This interaction removes the elastic energy during the growth of the SiC film. The synthesis of carbon-vacancy Si dilatation dipoles can be carried out using the chemical reaction of the interaction of carbon monoxide with silicon, proceeding at temperatures above 900 ° C.

2Si(тв)+CO(г)=SiC(тв)+SiO(г) (1)2Si (tv) + CO (g) = SiC (tv) + SiO (g) (1)

В результате этой реакции один из атомов кремния удаляется, улетучиваясь с молекулой SiO. При этом в кремниевой ячейке образуется вакансия. Атом углерода встраивается в матрицу кремния, соединяясь с другим атомом кремния. Образование дилатационных диполей приводит к тому, что химическая реакция превращения кремния в карбид кремния протекает в две стадии.As a result of this reaction, one of the silicon atoms is removed, evaporating with the SiO molecule. In this case, a vacancy is formed in the silicon cell. A carbon atom is embedded in a silicon matrix, connecting with another silicon atom. The formation of dilatation dipoles leads to the fact that the chemical reaction of the conversion of silicon into silicon carbide proceeds in two stages.

На первой стадии химической реакции образуется активированный комплекс, состоящий из атома углерода, находящегося в межузельном пространстве и кремниевой вакансии, расположенной вдоль направления <111>. Между атомом углерода и вакансией возникает кроме химической связи и механическое взаимодействие. В результате образуется дилатационный диполь. Таким образом, на первом этапе протекания химической реакции образуется промежуточное метастабильное соединение, - активированный комплекс "кремниевая вакансия-атом углерода-матрица кремния". Атомы углерода на этой стадии располагаются в межузельных позициях кремниевой матрицы. Однако упругая связь в дилатационных диполях, находящихся в самой верхней части слоя активированного комплекса, слабее, чем эта же связь в слоях, находящихся в глубине, поскольку, как известно из механики, упругая энергия при выходе атомов на поверхность ослабевает. Поэтому атомы кремния верхнего слоя активированного комплекса могут испариться и тем самым разрушить его. Это приведет к разрушению упорядочения в активированном комплексе.At the first stage of the chemical reaction, an activated complex is formed consisting of a carbon atom located in the interstitial space and a silicon vacancy located along the <111> direction. Between a carbon atom and a vacancy, in addition to a chemical bond, mechanical interaction also occurs. The result is a dilated dipole. Thus, at the first stage of the chemical reaction, an intermediate metastable compound is formed — the activated complex “silicon vacancy – carbon atom – silicon matrix”. Carbon atoms at this stage are located at the interstitial positions of the silicon matrix. However, the elastic bond in the dilatation dipoles located in the uppermost part of the layer of the activated complex is weaker than the same bond in the layers located in depth, since, as is known from mechanics, the elastic energy weakens when atoms exit to the surface. Therefore, silicon atoms of the upper layer of the activated complex can evaporate and thereby destroy it. This will lead to the destruction of ordering in the activated complex.

На втором этапе реакции активированный комплекс переходит в карбид кремния. Объем элементарной кристаллической ячейки карбида кремния почти в два раза меньше как объема элементарной кристаллической ячейки кремния, так и объема элементарной ячейки активированного комплекса. В результате превращения активированного комплекса в карбид кремния, занимающего меньший объем, в верхней части слоя пленки карбида кремния образуются поры усадки. Поэтому для «залечивания» усадочных пор и для предотвращения испарения верхних слоев активированного комплекса было предложено добавлять атомы кремния в зону реакции.At the second stage of the reaction, the activated complex transforms into silicon carbide. The volume of the silicon carbide unit cell is almost two times less than the volume of the silicon unit cell and the unit cell volume of the activated complex. As a result of the conversion of the activated complex to silicon carbide, which occupies a smaller volume, shrink pores are formed in the upper part of the silicon carbide film layer. Therefore, to "heal" the shrink pores and to prevent evaporation of the upper layers of the activated complex, it was proposed to add silicon atoms to the reaction zone.

Поступая на поверхность кремниевой подложки, атомы кремния из кремнийсодержащего газа после его диссоциации увеличивают общий объем атомов кремния в активированном комплексе. Тем самым атомы кремния из кремнийсодержащего газа предотвращают испарение атомов кремния с поверхности активированного комплекса и приводят к полному "торможению" зарождения усадочных пор. Атомы кремния должны подаваться из кремнийсодержащего газа с таким парциальным давлением и с такой плотностью потока, чтобы атомы верхнего слоя активированного комплекса не испарялись. Кроме того, скорость поступления атомов кремния должна превышать скорость образования усадочных пор.Entering the surface of a silicon substrate, silicon atoms from a silicon-containing gas after its dissociation increase the total volume of silicon atoms in the activated complex. Thus, silicon atoms from a silicon-containing gas prevent the evaporation of silicon atoms from the surface of the activated complex and lead to complete "inhibition" of the nucleation of shrink pores. Silicon atoms must be supplied from a silicon-containing gas with such a partial pressure and such a flux density that the atoms of the upper layer of the activated complex do not evaporate. In addition, the rate of arrival of silicon atoms should exceed the rate of formation of shrink pores.

Следует также отметить, что кремний, образующийся при диссоциации кремнийсодержащего газа, выполняет еще одну важную роль. Адсорбируясь на поверхности подложки и растущей пленки, он понижает поверхностное натяжение образующегося карбида кремния и позволяет получать не только поверхности карбида кремния с выходом углеродных атомов, но и кристаллические поверхности карбида кремния, снаружи которых лежат атомы кремния. Связано это с тем, что поверхность карбида кремния, в данном случае, будет находиться во взаимодействии не с вакуумом (или газом CO), а с адсорбированными атомами кремния, а также атомами водорода, которые образуются при разложении силана (SiH₄), дисилана (Si₂H₆), трихлорсилана (SiHCl₃) или другого кремнийсодержащего газа и проникают во внутрь газопроницаемой камеры. Таким образом, с помощью подачи атомов кремния в реакционную зону, удается добиться высокого кристаллографического совершенства и отсутствия дефектов «типа ямок травления».It should also be noted that silicon formed during the dissociation of a silicon-containing gas plays another important role. Adsorbed on the surface of the substrate and the growing film, it lowers the surface tension of the resulting silicon carbide and allows one to obtain not only the surfaces of silicon carbide with the release of carbon atoms, but also the crystalline surfaces of silicon carbide, outside of which there are silicon atoms. This is due to the fact that the surface of silicon carbide, in this case, will not interact with vacuum (or CO gas), but with adsorbed silicon atoms, as well as hydrogen atoms that are formed during the decomposition of silane (SiH ₄ ), disilane ( Si ₂ H ₆ ), trichlorosilane (SiHCl ₃ ) or other silicon-containing gas and penetrate into the gas-permeable chamber. Thus, by supplying silicon atoms to the reaction zone, it is possible to achieve high crystallographic perfection and the absence of defects of the type of etching pits.

Расположение кремниевых подложек параллельно друг другу на расстоянии от 1 мм до 10 мм играет важную роль в стабилизации поверхности подложек на стадии их разогрева до температуры 800°C, при которой начинается подача в зону реакции газа CO и кремнийсодержащего газа. При температурах выше 600°C начинается активная перестройка верхних, лежащих вблизи поверхности атомов кремния, кремниевой подложки. Часть этих атомов может испариться и тем самым разрушить верхний гладкий слой подложки, поскольку нагрев происходит в вакууме при остаточном давлении газов 10^-2-10^-3 Па. Испаряясь с двух соседних, рядом расположенных подложек, кремний в узкий зазор (1-10 мм) создает в нем избыточное равновесное давление паров кремния, т.е. такое давление, при котором атомов испаряется ровно столько, сколько их оседает обратно на подложки. Расстояние между подложками выбирается таким образом, чтобы длина свободного пробега атома кремния при данном остаточном давлении газов была бы сравнима с расстоянием между подложками и не была бы меньше последнего.The arrangement of silicon substrates parallel to each other at a distance of 1 mm to 10 mm plays an important role in stabilizing the surface of the substrates at the stage of their heating to a temperature of 800 ° C, at which the supply of CO and silicon-containing gas to the reaction zone begins. At temperatures above 600 ° C, an active rearrangement of the upper silicon substrate near the surface of silicon atoms begins. Some of these atoms can evaporate and thereby destroy the upper smooth layer of the substrate, since heating occurs in vacuum at a residual gas pressure of 10 ^-2 -10 ^-3 Pa. Evaporating from two neighboring substrates located nearby, silicon into a narrow gap (1-10 mm) creates an excess equilibrium pressure of silicon vapor in it, i.e. such a pressure at which atoms evaporate as much as they settle back on the substrate. The distance between the substrates is chosen so that the mean free path of the silicon atom at a given residual gas pressure is comparable to the distance between the substrates and is not less than the latter.

Таким образом, реализация предлагаемого способа позволяет получать высококачественные с гладкой поверхностью пленки карбида кремния на подложках из кремния. Использование реактора заданной конструкции обеспечивает возможность синтезировать пленки карбида кремния одновременно на большом количестве кремниевых подложек, что позволяет существенно повысить производительность технологического процесса получения пленок карбида кремния на кремниевых подложках, улучшить их кристаллическое качество и снизить их стоимость. Реактор в отличие от прототипа не имеет подвижных частей, а следовательно, не требует применения специального привода и уплотнительных узлов. Это повышает надежность конструкции и существенное упрощение конструкции подложкодержателей при их универсальности в отношении размеров подложек и их формы.Thus, the implementation of the proposed method allows to obtain high-quality with a smooth surface film of silicon carbide on silicon substrates. The use of a reactor of a given design provides the ability to synthesize silicon carbide films simultaneously on a large number of silicon substrates, which can significantly increase the productivity of the process for producing silicon carbide films on silicon substrates, improve their crystalline quality and reduce their cost. The reactor, unlike the prototype, has no moving parts, and therefore, does not require the use of a special drive and sealing units. This increases the reliability of the design and a significant simplification of the design of the substrate holders with their versatility in relation to the size of the substrates and their shape.

Claims (5)

1. Способ изготовления изделий, содержащих кремниевую подложку, с пленкой карбида кремния на ее поверхности, характеризующийся тем, что осуществляется в газопроницаемой камере, размещенной в реакторе, в который подают смесь газов, включающую оксид углерода и кремнийсодержащий газ, при этом давление в реакторе составляет 20-600 Па, температура - 950-1400°C, подложки располагают в газопроницаемой камере параллельно друг другу на расстоянии 1-10 мм, а пленка из карбида кремния формируется путем химической реакции поверхностных слоев кремния подложки с оксидом углерода, при этом газопроницаемая камера служит барьером для прохождения молекул кремнийсодержащего газа, но пропускает продукты термического разложения.1. A method of manufacturing products containing a silicon substrate with a silicon carbide film on its surface, characterized in that it is carried out in a gas-permeable chamber placed in a reactor into which a mixture of gases including carbon monoxide and silicon-containing gas is supplied, the pressure in the reactor being 20-600 Pa, temperature - 950-1400 ° C, substrates are placed in a gas-permeable chamber parallel to each other at a distance of 1-10 mm, and a silicon carbide film is formed by the chemical reaction of the surface layers of silicon substrates with carbon monoxide, wherein the gas-permeable chamber serves as a barrier to the passage of molecules of silicon dioxide, but passes thermal decomposition products. 2. Способ изготовления изделий по п.1, отличающийся тем, что в качестве кремнийсодержащего газа используют силан (SiH₄) или дисилан (Si₂H₆) или трихлорсилан (SiHCl₃).2. A method of manufacturing products according to claim 1, characterized in that silane (SiH ₄ ) or disilane (Si ₂ H ₆ ) or trichlorosilane (SiHCl ₃ ) is used as the silicon-containing gas. 3. Способ изготовления изделия по п.1, отличающийся тем, что в качестве кремнийсодержащего газа используют силано-аргоновую газовую смесь.3. The method of manufacturing the product according to claim 1, characterized in that a silane-argon gas mixture is used as a silicon-containing gas. 4. Реактор для изготовления изделий, содержащих кремниевую подложку с пленкой карбида кремния на ее поверхности, характеризующийся тем, что имеет корпус с нагреваемым до 950-1400°C внутренним объемом, и снабженный патрубком подачи газовой смеси, включающей оксид углерода и кремнийсодержащий газ, и патрубком вывода газообразных продуктов реакции, внутри корпуса расположена газопроницаемая камера, служащая барьером для прохождения молекул кремнийсодержащего газа, с расположенным в ней подложкодержателем, выполненным с обеспечением возможности параллельной установки пластин кремниевых подложек.4. A reactor for the manufacture of products containing a silicon substrate with a silicon carbide film on its surface, characterized in that it has a housing with an internal volume heated to 950-1400 ° C and equipped with a supply pipe for a gas mixture comprising carbon monoxide and silicon-containing gas, and outlet pipe for gaseous reaction products, a gas-permeable chamber is located inside the casing, which serves as a barrier for the passage of silicon-containing gas molecules, with a substrate holder located in it, made possible STI parallel installation of plates of silicon wafers. 5. Реактор по п.4, отличающийся тем, что газопроницаемая камера выполнена из пористого графита. 5. The reactor according to claim 4, characterized in that the gas-permeable chamber is made of porous graphite.

Images