Борисенко В.Е. - Наноэлектроника (Теория и практика) (1051247), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Недостатком разбавления волородом является снижение скорости роста пленки. Метод химического осаждения из газовой фазы, стимулированного газоразрядной плазмой, позволяет проводить формирование пленок и наноструктуры на их основе в диапазоне температур 250 — 400'С. Испальзование же двух генераторов для возбуждения 77 2 1. Трпдициониыемеигоды формирования пленок плазмы (высокочастотного и низкочастотного), обеспечивает независимый контроль плотности плазмы, энергии ионов и электронов в ней. При этом высокочастотный генератор с рабочей частотой 13,56 МГц определяет плотность плазмы, а низкочастотный генератор с рабочей частотой 350 кГц задаст энергию ионов и электронов, Основным ограничением применения газоразрядной плазмы в качестве стимулирующего осаждение фактора является существенное усложнение технологического оборудования, а следовательно, снижение его экономической эффективности.
Другим важным направлением развития технологии химического осаждения из газовой фазы при пониженном давлении реагентов является типично нанотехнапогический метод всаждвппя атомарных слоев (агат(с Гауег ()еров(ггол, А1 Р) 'а. В нем формирование пленок химических соединений осуществляется с использованием хемосорбции и повторения самоограничивающихся реакций на поверхности твердых подложек.
Метод предполагает следующие основные операции: 1) подготовительная обработка поверхности подложки с целью придания ей необходимых хемосорбционных свойств; 2) термообработка подложки в среде первого реакционного газа для формирования моноатомного слоя определенного компонента осаждаемого соединения; 3) очистка камеры от остатков первого реакционного газа и продуктов реакций; 4) термообработка подложки в среде второго реакционного газа для формирования моноатомного слоя другого компонента осаждаемого соединения и придания его поверхности хемосорбционных свойств, необходимых для повторного осаждения атомов первого компонента; 5) очистка камеры от остатков второго реакционного газа и продуктов реакций. Операции 2-5 повторяют до тех пор, пока не будет получена пленка необходимой толщины. В качестве реакционных газов пригодны уже отмеченные выше металлоорганические соединения и гидриды, а также алкоголяты, дикетонаты, амиды и хлориды.
Главное требование к их выбору состоит в том, чтобы эти соединения не взаимодействовали друг с другом при последовательном введении в реакционную камеру. Температуру подложки в процессе осаждения поддерживают постоянной в интервале значений 100 — 500 'С. Осаждение одного ~в Первоначально этот метод назывался эпигниксией игномериьгк с осе (осот!с Гоуегерволу, АГ.Е). Впервые описан в патенте Т.
Згпго(о, Х Апгзоп, Мешод Гог ргодпс(па сопзронпд гмп В(гпз, 1/д. Рагеп! 4 058 430 (1977), а затем в статье М. А)гинея, М. Реаго, Т. сия!о(п, А згоду оГ Епте П(тз агопп оп 8(азз зпьмгагез пз(па ап а!опас 1ауег етарогацоп иге!под, ТЬМ Бо(Ы Р((пзз 65, 301-307 (1980). тв Гд а в а 2. Методы рмирования наноаяектронных структур моноатомного слоя продолжается от десятых долей до единиц секунд. Этого времени достаточно для завершения химических реакций и установления термодинамического равновесия на поверхности подложки. Очистку реакционной камеры обычно осуществляют азотом или аргоном.
Применение метода осаждения атомарных слоев на примере формирования пленкиА12Озпроиллюстрированопарис.2.3. В качестве газообразного источника алюминия используется триметилалюминий (СН,),А1, а источником кислорода служат пары воды. Подложка может быть выполнена из кремния. Метод осаждения атомарных слоев позволяет формировать пленки обширной гаммы материалов — оксидов, нитридов, полупроводниковых соединений АшВ", АнВтд. Благодаря его саморегулирующейся природе толщина и состав осаждаемых пленок контролируется с атомарной точностью. Осаждаемые пленки равномерно (конформно) покрывают все ступеньки и неровности на поверхности подложки, что актуально при изготовлении интегральных микросхем с многоуровневой развитой конфигурацией составляющих ее элементов.
Ограничением метода является его невысокая производительность, связанная с поатомным формированием пленки, требующим многократного повторения одних и тех же операций. Важный фактор — и качество подготовки исходной поверхности подложки. Любые дефекты атомарного масштаба на ней «прорастают» в пленку, что особенно критично при формировании эпитаксиальных наноструктур. Уникальные возможности создания наноструктур, включая их трехмерные конфигурации, предоставляет метод химического осаждения, спиимулмроваппого элекп1уоппьгм лучом (е1естгопЬеат-Гпг)исей г(ероз(поп, ЕВЩ. Суть метода заключается в том, что молекулы относительно летучего исходного вещества (предшественника — прекурсора), содержащего атомы подлежащего осаждению материаяа, вводят в вакуумную камеру в газообразном виде вблизи подложки, поверхность которой сканируют электронным лучем. Этот процесс можно осуществить как в стандартном сканирующем электронном микроскопе, так и на специально сконструированном оборудовании.
Энергию электронов задают в пределах 10 — 200 кэВ. Бомбардирующие поверхность подложки электроны передают свою энергию адсорбированным молекулам в области сканирования. Диссоциация молекул исходного вещества обусловлена главным образом вторичными электронами с энергией порядка 1 кэВ, испускаемыми подложкой, и сопровождается об- 21. Т иииоииые метедм Форма)имаиия иееиои ('ндратнроаанне нсходной аоверхнос1 и подложки З О Н+ А)(СН )к- ЗВ О А((СНа)хиСН.
О А~(СНт)ха Н.„О нй) О АКО. Н)а+ 2СНи Осажденне кислорода, связанного с жасминном Рис. 2.3. Формирование пленки А)рОз нанесением атомарных слоев. В уравнениях химических реакций знаком и» отмечены соединения, образукяпиеся на подложке раэованием летучих и нелетучих компонентов. Нелетучие осаждаются на облучаемой поверхности подложки, тогда как летучие соединения покидают реакционную область и удаляются из системы средствами откачки.
В качестве исходных реакционных материалов используют традиционные для химического осаждения 80 Г л а в а 2. Методы формирования иаиозлектроииых структур метаплоорганические соединения. Например, для осаждения вольфрама и золота хорошие результаты дает %(СО)е (гексакарбонил вольфрама) и МетАц(гГас) (диметилтрифгорацетилацетонат золота) соответственно.
Данный метод можно рассматривать как вариант аддитивной литографии с использованием прямого осаждения без применения маскирующих слоев резиста. Скорость локального осаждения материалов может достигать 10 нм/с, Недостатком этого метода является невысокая чистота осаждаемых покрытий, что связано с неполным разложением молекул исходного вешества и загрязнением осаждаемого материала компонентами остаточного газа в вакуумной камере. Металлоорганические соединения содержат большое количество углерода и кислорода, входяших в состав продуктов их распада.
Продукты распада, а также непродиссоциировавшие молекулы осаждаются на подложку вместе с металлом, загрязняя его. Для преодоления этого недостатка используют: 1) отжиг структур после осаждения или осаждение на нагретую подложку; 2) введение второго газа в камеру во время осаждения с целью удаления побочных продуктов реакции; 3) применение исходных вешеств, не содержаших углерод; 4) проведение процесса осаждения в условиях сверхвысокого вакуума. Более чистые структуры можно получить путем замены электронов ионами. Этот метод получил название «химическое осажденне, етнмулнроеннное ноннаан лучом» (Гоп-Ьеат-(пт(исег1 т(еролШоп, 1ВЩ.
Он обычно реализуется в микроскопах с тонким пучком ионов галлия, ускоренных до энергии в несколько десятков килоэлектронвольт. Повышение степени чистоты осаждаемого материала происходит благодаря более высокой массе бомбардируюших частиц — ионов, а также локальному нагреву под действием пучка ионов, что позволяет большему числу компонентов расшепляться в результате реакции.
Однако возникают другие проблемы, например, внедрение бомбардируюших ионов в подложку, повреждение поверхности и ухудшение разрешения. Осаждение, стимулированное электронным или ионным лучом, обычно применяется для безлитографического формирования наношнуров и наноточек из металлов и полупроводников, углеродных нанотрубок, получения наноострий катодов устройств полевой эмиссии, ферромагнитных наноструктур и других структур с размерами менее 10 нм. По экономическим показателям использование этих методов в массовом производстве изделий наноэлектроники представляется низкоэффективным. Главное же преимущество химического осаждения — возможность одновременной обработки большого числа подложек, что как 81 2 1.
Т адицианнынмегнады рмираванин пленок нельзя лучше соответствует требованиям массового производства. Общим ограничением для всех описанных разновидностей метода остается плохо контролируемое загрязнение осаждаемого материала углеродом, а также необходимость строгого соблюдения мер безопасности при работе с металлорганическими соединениями и гидридами, которые токсичны и взрывоопасны. ВОПРОСЫДЛЯСАМОРРОВЕРКИ 1.Что такое нанотехнология? 2.В чем отличие технологических принципов «сверху †вн» и «снизу-вверх»? 3. Какие соединения называют металлорганическнми? 4. Какие соединения называют гилридами? 5.
Как устроена установка дпя химического осаждения из газовой фазы? б. Каковы особенности химического осажаение нз газовой фазы прн пониженном давлении реагентов? 7. Каковы особенности химического осажденне из газовой фазы, стимулированного газоразрядной плазмой? 8. В чем суть метода осаждения атомарных слоев? 9. Каковы особенности химического осажденне нз газовой фазы, стимулированного электронным илн ионным лучом? 10. Каковы общие основные достоинства и недостатки методов химического осаждения нз газовой фазы? 2.1.2. Молекулярно-лучевая апитаксия Молеггулггрно-лучевая элитаксия (то1еси!аг Ьеат ерйоху) появилась как развитие метода химического осаждения пленок в сверхвысоком вакууме'9.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
