Майсел Л. - Справочник - Технология тонких плёнок (1051257), страница 116
Текст из файла (страница 116)
н скорости осаждения 0,2 А/мин стал возможным зпнтаксиальный рост пленок уже при температуре подложки 30'С. С другой стороны, Крикориан и Синд [24) нашли, что температура гомозпитаксни германия прн ионном распылении должна быть тем ниже, чем ниже давление распыляющсго газа. Наиболее низкие температуры зпитаксии наблюдалнсь для пленок, полученных испарением, причем этот метод авторы считают наилучшим. Однако отмечается, что влияние давления распылиющего газа может быть связано с повышеннои концентрацией примесей.
Это согласуется с данными Эванса и Норейки'[25], которые исследовали эпитаксиальный рост тонких пленок арсенида галлия на подложках из хлористого натрия. Они установили, что остаточные примеси существенно влияют как нэ величнку минимальной температуры, при которой еще возможна эпитаксия, так и на качество эпитаксиальных пленок при оптимальной температуре подложки. Парцнального давления водяных паров поридка 3 1О-з мм рт. ст. было достаточно для существенного нарушения процесса эпитаксии.
Захват атомов инертного газа растущей пленкой, получаемой методом ионного распыления, обсуждается в следующем разделе, вопросы же, относящиеся к росту монокристаллнческих пленок при ионном распылении, рассматриваются в гл. 1О, Б. Влияние энергии распыленных частиц Вопрос о влиянии энергии распыленных атомов на зародышеобразовавие и рост пленок еще окончательно не решен.
Имеющиеся данные свидетельствуют, что энергия частиц лишь незначительно влияет на заро. дышеобразование пленок [261 Особенно трудно разделить влияние распыленных атомов с высокой энергией и влияние быстрых электронов, по. скольку то н другое меняется с катодным падением почти одинаково, см. равд. 4 В. Получены данные, согласно которым многие распыленныв атомы обладают энергией, достаточной для того, чтобы проникнуть в коллектор на глубину от одного до двух атомных слоев [27). Вследствие этого многие считают, что по степени адгезии пленкк, полученные ионным распылением, превосходят пленки, изготовленные другими методами. Косвенным подтверждением этого явился эксперимент Мэттокса и Макдональда [28), которые показали, что можно получать ма подложке мз железа пленки кадмия с хорошим прилипанием, если наприжение распылении превышает 1500 В, Кадмий и железо являются взаимно нерастворимымн мате.
риалами, и пленки кадмия на железе, полученные испарением, обладают очень плохой адгезней, 4!7 !4 З . ВЗЗ Гл. 4. Получение плевок метедша ионного распыления Влияние катодного паденив напряжения на структуру осажденных при ионном распылении пленок было отмечено Шютцем и др. [29). Они обпа. ружнлн, что тангалозые плеяки, полученные прк янзкнз квтодиых напряжениях, имели высокое удельное сопротивление, губчатую структуру и очень низкую плотность. Свойства пленок, осажденных при высоких ка. годных напряжениях, оказались близкимн к свойствам массивного тантала. Существенно, что единственным параметром, определяющим в основном свойства пленок, оказалось катодное напряжение, а изменение в широких пределах давления н (или) ионного тока слабо влияло на струн- туру пленок.
Это может означать, что энергия атомов, приходящих на цодложку, пало нзмеияетсн в результате нх прохождения сквозь газ (па крайней мере для тантала). Предполагалось [30), что высокая энергия распыленных атомов, поступающих ка подложку, может поглощаться ее поверхностью. Это способствовало бы росту зянтаксиальиых пленок при низких температурах. Предполагалось также, что некоторые распыленные атомы, внедряясь з подложку, могут создавать точечные дефекты иа ее поверхности, и что этв дефенты служат центрами образования зародышей. Накояец, предполагалось, что высокая энергия распыленных атомов играет существенную роль в снижении температуры эпитаксии из-за эффективней очистки поверхности [3!). В. Влннинй бещбарднрбнки эаряжанныын частицами В работе Днтчберна [22), упомниавшейся ранее, был, в частности, проведен следующий эксперимент, В откачаниой трубке, стенки которой подаерживзлись при достаточно высокой температуре, такой что нэ ннх ие наблюдалось образования зародышей даже при пэрциальном давления паров надмия порядка !О э мм рт, ст., испарялся кадмнй.
Однако когда з определеяной области трубки зажигался безэлектродный разряд, было видно, что пленка кадмия осаждалась лишь в этой области. Это позволяло предположить, что бомбардировка зэряженнымн частицами способствовала образованию зародышей кадмия, хотя возможность образоиажви в трубке ионов кадмия и дрейфа их к стенкам полностью исключить нельзя Недавние исследования пленок, полученных ваяуумным иснаревием, подтвердили, что в эародышеобразоваиии и росте тонких пденок важную роль играют заряженные частицы.
Например, Чопра [32) показал,чтоповышеиная сплошиость тонких термически напыленных металвических пленок получалась в том случае, когда они кондеисировалвсь в присутствви электрического поля, приложенного в плоскости подложки, Стнрлзнд [33) установил, чго электронная бомбардировка подложки из намеиной соля, предшествующая конденсации пленок золота, оказывает заметное влмщще на проводимость эпитаксизльных пленон. Подложка облучалась ящктри нами с энергией от 9 до 300 В. Согласно [33) пороговая эверпгя элшгтров. яой бомбардировки, влияющая на рост пленок, лежит в интервале (2 — ИзВ. Подобное нэблодалось также при бомбардировке подложки положи.
тельными ионамн в процессе осаждения пленок, Например, Венеру удалось вырастить мононристзллнческяе пленки германия иа шмияости (ЙВ) германия, бомбзрдируя подложку положительными иовами ()00 эВ)' [34). Скорость осаждения составляла примерно 0,5 мкмгч, температура пвдляжки 250 — 350 С, что значительно инже спределз испареяняэ ((рико(яшки и Спида [24), равного приблизительно 350'С. Однако в случае бомба(жировки положительными ионами неясно, что способствует улучшению качества 4. 'Рост пленок, нвлучаемых ивиным распылением пленок —.полоящтельный заряд ионов, падающих иэ подложку, илн же частичное повторное распыление конденсируемой пленки Далее этот вопрос будет освещен более полно. Эффекты тина только что рассмотренных могут объяснить, почему зародышеобразозаяие и рост тонких пленок при ионном распылении часто зависят от положения подложхи в распылительиой яэмерц Например, Молнар и др, (36) сравнивали конденсацию пленок арсекида галлиа, распыляемых на подложки из плавленного кварца и полированного флюорнда кальция в зависимости от температуры и положения подложек в распылительной системе, Б частности, сравиивалнсь осажденяые пленки нэ подложках, помещенных в катодное темное пространство и в область отрицательного свечения разряда.
Было установлено, что на подложках, находившихся в области отрицательного свечения, росли пленки с преимущественной ориентацией (!11) во всем исследовавшемся интервале температур подложхи (вплоть до 600'С), тогда как на подложках, помещавшихся в темное пространство, до температур 400'С росли аморфные пленки, до температ>ры 610'С отмечалась текстура (110), которая резко изме.
валясь на текстуру (111) при дальнейшем увеличении температуры. К сожалению, яэшсго понимания всех этих эффектов совершенно недостаточно, чтобы делать общие предсказания о том, какой тип пленки будет получен при любой наперед заданной системе параметров разряда. Г. Ванянне бомбарднровкн быстрымн частнцамн Мы уже говорили о том, что в тлеющем разряде может оказаться немало быстрых атомов инертного газа, летящих от катода. Эти атомы, конечно, будут бомбардировать растущую пленку, повторно распыляя часть осажденного материала.
Джоунс и др. )36) наблюдали, что пленки кремния, полученные как высокочастотным распылением, так и распылением на постоянном токе, имеют коэффициент реэмиссии порядка 0,1 (т. е. реэмиттнруется 10зй материала осажденной пленки). Условия опмта исключалн бомбардировку плевки быстрыми ионами плазмы. Было также показано, что в диэлектрических пленках 610ь получаемых высокочастотным распылением, плавающий потенциал поверхности во время осаждения мог иметь значительную величину (порядка 100 В). В этом случае нона плазмы, ускоряемые таким потенциалом, вызывалн заметное повторное распыление пленки.
Измеренные значения коэффициента -реэмиссии достигали 0,7. Другим примером влияния условий разряда на структуру пленок нвлюотся пленки ()-тантала. Впервые описанный Ридом и Альтманом [37) ()-тантал является полиморфной модификацией тантала, не существующей в массивном материале. Условия получения 6-тантала еще точно ие уста ноялены, однако, известно, что 6-тантал (в противоположность танталу с обычной объемно-центрированной кубической решеткой) получается в том случае, когда распыление проводится при высоких давлениях газа в относительно низких температурах подложки (ниже 600' С), Если же в респылительной атмосфере аргона будет присутствовать значительное количество загрязнений, й-модификации не получится. На основании вышесказанного можно предположить, что если плеикн, получаемые методом ионного распыления, распояагаются на векотором расстоянии от области тлеющего разряда, нх свойства будут сильно отли чатьса от свойств пленок, которые получаются в области разряда.
Тац напфнмер, Чопра и др. (38) распылили йебольшую мишень ионным пучком, который создавался в модифицированном дуоплазмотроие. Распыляеммй 4!й 14ь Гл. 4. Получение пленок методом ионного распыления Таблица Сравнительные расчетные значения параметров кристаллической решетки металличесних пленок, полученных ионным распылением различных материалов иа подложки, удаленные от области плазмы, с экспериментальными параметрамв Немменоееяые оереметроз те хг Мо 4,13 4,04 5,02 4,19 Экспериментальное значение по- 4,39 стоянной ГЦК решетки, Л 4,61 Постоянные нормальной решет. ки, Гы ло се Экспериментальная плотность, г/см — е Нормальная плотность, г/сме Изменение плотности, '7е 3,16 2,76 3,!9 4,46 5,06 17,3 18,8 9,37 3,23 5,1$ 6,!8 3,15 8,66 3,3! 14,2 !9,2 21,0 13,2 9,8 10,6 29,1 10,2 15,1 6,51 5,2 16,6 !4,5 Следует сделать также несколько замечаний о роли температуры подложки.
Существует довольно много данных о том, что иа структуру пленок, получаемых ионным распылением, температура влияет так же сильно; как и на структуру пленок, получаемых испаренвем. Однако для зтнх двух методов осаждения механизмы проявления такого влияния темнературы могут существенко различаться. Как мы уже видели, пленки, получаемые ионным распылением, обычно бамбардируются ионами и (или) быстрымн нейтральными атомами. В результате такой бомбардиРовки, вероятно, будет происходить разрушение поверхностного слои пленки, в основном путем образования точечных дефектов.
Для растущей пленки даже сравнительно низкой температуры достаточно для того, чтобы отжигать зги дефекты так же быстро, как они и создаются. Огилви н Томпсон [39) исследовали разупорядочение поверхности монокрнсталлов серебра в результате бомбардировки ее попами аргона, в зависимости от температуры. Результаты работы показали, что разупорядочение существенно зависит от температуры, при которой производится бомбардировка. материал коиденсировался на подложках, отстоящих от мишени на расстоянии около 8 см.
Поскольку для распыления применялся относительно узкий пучок ионов, подложка во время осаждения пленки не соприкасалась с плазмой. Исследовался целый ряд материалов, имеющих обычно объемно-центрировзнную кубическую решетку. Было установлено, что если температура подложки была не слишком высокой (обычно виже 450'С), то пленки, получавшиеся при распылении зтих материалов ионным пучком, имели структуру, хорошо аппроксимируемую гракецентрироваиной кубической структурой. Кроме того, плотность пленок была зкачительно ниже плотности массивного материала.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
