Борисенко В.Е. - Наноэлектроника (Теория и практика) (1051247), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Их структура может варьироваться от аморфной до монокристаллической в зависимости от физико-химических свойств осаждаемого материала и материала подложки, а также от режима осахсдения. Особенно широко эта группа методов применяется для создания полупроводниковых эпитаксиальных структур. Их формирование включает рост ориентированной монокристаллической пленки на подходящей для этих целей монокристаллической подложке. Материал пленки поступает из газовой фазы. Газовая среда может содержать как пары кристаллизуюшегося материала, так и газообразные реагенты, способные в процессе химических реакций образовывать на подложке необходимый для эпитаксиального роста материал. Осаждение пленок обычно проводится в проточных камерах при атмосферном или пониженном давлении, где газ-носитель, содержащий соответствующие реагенты, пропускается над нагретой монокристаллической подложкой.
Химический состав газовой смеси и температура подложки являются главными параметрами, обеспечивающими процесс осаждения и свойства осажденных пленок. Применение металлоорганических соединений в качестве исходных газообразных реагентов дает наилучший результат при создании совершенных сверхрешеток с резкой границей раздела и толщиной вплоть до одного моноатомного слоя. Термин «металло- органика» относится к обширной группе соединений, имеющих химические связи металл — углерод и металл — кислород — углерод, а также координационные связи между металлами и органическими молекулами.
На практике используются преимущественно алкилы металлов с метильной (СН,) и этильной (С,Н,) группами. Подходящие для этих целей соединения и их основные свойства приведены в табл. 2.1. При комнатной температуре большинство из них представляют собой жидкости. Их вводят в реакционную камеру в потоке газа-носителя, предварительно насыщенного парами данного соединения в барботере„где газ-носитель прохолит («пробулькивает») через жидкое метаплоорганическое соединение. 69 д д Традиционные методы оявя ялелок Азн Барбо~ (СН,,''1зСа ~СН.,~-,А~ Рнс. 2.1. Принципиальная схема установки для химического осаждения пленок из газовой фазы металлоорганических соединений при атмосферном давлении Осаждение может проводиться как при атмосферном, так и при пониженном давлении реагентов в камере.
Установка для химического освящения из металлоорганических соединений при атмосферном давлении схематично показана на рис. 2.1 на примере осаждения ОаАя и гетероструктур ОаА1Ая. Триметилгаллий (СН,),Оа и триметилалюминий (СН,),А1 служат источником металла третьей группы. Элементы пятой группы обычно вводятся в форме гидрилов, таких как АвНз, как зто показано на рисунке. Другие широко используемые гидриды приведены в табл. 2.2. В качестве газа-носителя чаще всего применяют водород, чтобы предотвратить неконтролируемый пиролиз алкилов и гидридов.
Химические превращения, происходящие на нагретой поверхности подложки„схематически можно представить следующей реакцией: (СН,),Оа+ АвН, — ~~ОаАвч + ЗСН„(2.1.1) Акцепторные примеси, такие как Хп или Сд, могут быть введены в реакционную камеру в составе алкилов, а донорные, такие как б1, Б, Зе — в составе гидридов. Для осаждения пленок полупроводниковых нитридов третьей группы (А)Х, ОаХ, ! пХ) в качестве источника азота используется аммиак (ХНз). Для формирования Резких границ раздела путем изменения химического состава осаждаемого материала или легирующей примеси необходимо быстро изменять состав газовой смеси в реакционной камере.
Для этого объемы смесительной камеры и самой реакционной камеры должны быть минимизированы. Изменение состава газоной смеси должно происходить без изменения общего потока газа через реакционную камеру. Наиболее резкие межфазные границы удается сформировать, используя режимы скоростного нагрева, /~ сч 00 0» Ю 0» 00 0» 0» 00 о ~' 0 с» СЧ и О. о ~Р ф д 00 Ю Ю 0» м» 1 Л и Ц Ь а с М б с ы о 0» Ю Ж б о х о Ж ц 4 б ж б 1Д с Ь ЗД Ц 0 с$ Ю гх О с Ь О л х с о о и с о 8 с И 1 Е х.й х ~~ Ю х х с Цд » иЛ с х Ф ~:6 х Я х с х с х' 0» Я Ий 54 Е а'с с Й ы 6 и 0 0 0 00 ( 0 У 0 3« 0 ы4 с й и о Е Е Ы о Ю С) 00 О ы о сч м ! 0 ж б Ю Ю" Ю 00 6 Э м ФЪ Ю й о ЧР Г~ л $ и Ю ! ОО ! Ф ж б Ф Ы х й 0 и о Р ж б Ф Ю х о Ю ж б й о 63 ~Ф Я й ~Е Й Я й и' Я П ~й ~" Я ~4 Я Ф и Е ~ф о о $ Й - а й а <- 4Э 38 5 о ~ Ю 3 В ВВ ф Я й~:о й а й ' ~с а ,Я..С 13 Ю и Е ас Д Ю Я ел фо 3 с5 С й ~„Ф к с О же~ $ДФ (- Кф ф'а 1 ~ а.с ОО сч Ю о о О С" $ а а » Ф й Ю 1 1Ф ж Ф и О.
Ю ж о о Ю И Х б х б .О И х о ж и о о О 4 й Ф 6 Ф а % йФ Ф ф ФР й1 Г- ~1 Ю Е 'й » л Ф ° Ф .с Ю Ф Е ~й Ф..С Ф л Е Ю Ф 2» В~ М „.с 24 Я Ю х Е й~ ~ Ф ю ~:1 д Ф О ~ Е еэ М 3 4 1 1 Гл а в а 2. Методы фо мирования нвновлектронных стру 74 Таблица 2.2. Гидриды, исполазувмыв дли химического осахщвнии полупроводников из газовой фазы Соединение Температура, 'С Эле- мент Формула Название разлозкения ЯН4 Силан (вйапе) -185 -111,9 450 Диснлан (сия!апе) ЯзНв -132,5 — 14,5 Трио план (тпя!апс) ЯзНв — 117,4 52,9 Тетрас ила н (тстгая1апс) Я4Ню 84,3 -108 Герман (аеппапе) ОсН4 — 165 350 — 88,5 Ди герман (двдеппапе) ОезН4 -109 Ос 29 215 Тригсрман (Гпасппапс) ОезНв — 105,6 195 110,5 Фосфин (р)зоврЫпс) РНз — 87,8 -133 -116 — 62,5 Арсин (агяпс) Сероводорол Озус$гоасп вв!РЫде) НзЗ вЂ” 85,5 — 59,6 Сслсноводород 0зудпзасп ве(сиЫ) Нзвс — 65,7 — 41,3 Прочерки в твблине означают, что достоверные ленные отсутствуют.
Химическое осаждение из газообразных металлоорганических соединений обеспечивает формирование пленок практически всех бинарных, тройных и четверных полупроводниковых соединений Ан'В" с высокой степенью их стехиометричности. Этот метод успешно применяется и для осаждения других полупроводников, когда продолжительность поддержания подложки при необходимой для осаждения температуре ограничена 30 — 60 с (при этом значи- тельно уменьшается диффузионное перераспределение компонен- тов в окрестностях границ раздела). д 1. т оияионные методы и инин пленок 75 таких как Ан В'", а также оксидов.
С его помощью формируются не только сплошные эпитаксиальные пленки, но и квантовые шнуры, и квантовые точки. Механизмы образования таких структур рассмотрены в разд. 2.4.3. Хилеическое осаждение из газовой фазы при ноншкенном давлении (!о»ергеззиге снеги!са! ъ арог г!еров!1!оп, ЕРСУП) обычно осуществляют в откачиваемом горизонтальном цилиндрическом реакторе, принципиально аналогичном показанному на рис. 2.1, помещенном в двух- или трехзонную печь. Реактивный газ, содержащий осаждаемые компоненты в виде химических соединений, подают в «низкотемпературную» зону реактора, где происходит их разложение (декомпозиция); продукты реакций откачивают с противоположной стороны реактора.
Подложки располагают в «высокотемпературной» зоне вертикально, т. е. перпендикулярно газовому потоку. Давление в реакционной камере поддерживают в пределах 0,1 — 2,0 Торр, что обеспечивает равномерное распределение осаждаемого материала по поверхности загруженных в реактор подложек (при этом осаждение происходит на обе поверхности подложек). Кинетика химических реакций в газовой фазе при пониженном давлении определяется теми же основными закономерностями, что и при атмосферном давлении, однако за счет пониженного давления в реакционной камере активируются диффузионные процессы на поверхности подложки. Это позволяет проводить осаждение материалов при более низких температурах и более равномерно покрывать рельеф ступенек на поверхности подложки.
Повышается и точность управления составом осаждаемого материала. Более значительные преимущества дает химическое осаждение из сазовой фазье, сгпимулированное газоразрндной плазмой (р!аз!па еппапсее! спет!са! тарог !!еров!1!оп, РЕСА). В этом методе, реализуемом также при пониженном давлении (0,1-10 Торр), газоразрядная плазма служит источником дополнительной энергии для диссоциации молекул реакционных газов. Реактор типичной установки для проведения этого процесса (рис. 2.2) включает диодную газоразрядную систему, на нижнем горизонтальном электроде которой размещают подложки. Плазму возбуждают подачей ВЧ-напряжения на электроды. В состав газовой среды помимо основных реагентов обычно добавляют инертный газ, обеспечивающий стабильность горения плазмы.
Для улучшения равномерности осаждения материала на подложки нижний электрод вращают вокруг своей оси. Применение различных приемов возбуждения плазмы в реакционном объеме и изменение ее параметров позволя- 76 Гл а в а 2. Матовы формирования нанозхектронных структур Раоочнн гоз Рис. 2.2. Принципиальная схема установки яхя химического осаждения пленок из газовой фазы, стимулированного газоразрядной плазмой ют управлять формированием заданного микрорельефа, структуры и примесного состава покрытия.
Основными стимулирующими факторами при плазменном осаждении являются: — ускорение электронов в плазме при передаче энергии от внешнего источника; — возбуждение нейтральных атомов посредством столкнове- ний с электронами; — ионизация нейтральных атомов под действием столкнове- ний с электронами; — ионизация нейтральных атомов из-за столкновений с дру- гими атомами или ионами; — рекомбинация ионов и электронов, сопровождаемая излу- чением. Важной характерной особенностью газоразрядной плазмы является присутствие в ней атомов и ионов водорода, являющихся продуктами диссоциации реактивных газов, особенно когда в качестве таковых используются гидриды.
Они инициируют травление уже осажденного на подложку материала путем удаления радикалов, слабо связанных с подложкой. Благодаря этому происходит формирование более компактной структуры пленки, а в случае высокой концентрации водорода усиливается и процесс ее кристаллизации. По этой причине реактивные газы часто разбавляются водородом, если требуется сформировать поликристаплический материап.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
