1598005400-e4d976f05e65a6df0c91dae52ce6f965 (811206), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Второй метод определения параметров системы связан с выводом и решением (с помощью ЭВМ) системы т уравнений (обычно нелинейных), которые устанавливают количественную взаимосвязь между парциальными давлениями участвующих в реакции веществ и позволяют рассчитать их значения при определенных сочетаниях параметров процесса осаждения. При протекании обычных гетерогенных реакций происходят следующие процессы; 1) диффузия реагентов к поверхности подложки, 2) адсорбция реагентов на поверхности, 3) химическое взаимодействие веществ, их поверхностная миграция н формирование кристаллической решетки, 4) десорбция продуктов реакции с поверхности, 5) диффузия продуктов реакции с поверхности. Наиболее медленный из указанных процессов определяет скорость реакции.
Перечислим факторы, которые влияют на скорость осаждения, степень однородности, состав и свойства пленок, получаемых методом химического осаждения из паровой фазы. 1) Температура подложки. На рнс. 2.19,а и б в качестве примеров представлены зависимости скорости осаждения пленок З! от температуры подложки при использовании различных газообразных источников 51 (118).
Неодинаковый характер температурной зависимости скорости осаждения при пониженных и повышенных температурах свидетельствует о том, что с изменением температуры подложки степень относительного влияния нескольких процессов, определяющих скорость осаждения пленки, меняется. Зависимость скорости осаждения от температуры подложки исследована и для полупроводниковых соединений )119, 120). Следует отметить, что приведенные здесь температурные зависимости скорости осаждения не являются универсальными — при получении пленок других веществ, а также при изменении прочих параметров процесса характер этих зависимостей меняется. 2) Ориентация подложки.
На скорость осаждения пленок значительное влияние может оказывать крнсталлографическая ориентация подложки [121), как зто показано на рнс. 2.19,в для случая выращивания пленок ОаЛз. Наблюдаемые различия в скорости осаждения могут быть связаны с изменением плотности и геометрических параметров областей выхода дислокапий на поверхность подложки, количества и природы поверхностных химических связей, атомного состава различных кристаллографических плоскостей, количества и вида поверхностных дефектов, таких, как ступеньки, изломы, выступы и пустоты.
Эти свойства поверхности влияют на адсорбцию, десорбцию, поверхностную подвижность и химиче- Глава 2 О,) Е о,а) 2 О,) [,а И,,„~'155,Г и а Т,'С )ооа боа ба а 1200 1 0,5 0,2 Е 0,1 " 0,05 Ы 0,02 "О,а) 07 06 00 )О 11 10,~ Т, [Т,К) 100 е 60 „60 Е Ы 40 ц 20 об О 60' 60' О [ио) - ОЪ) 1[~)о) 1 [оо1) «е) [и1) [г)1 [ИО) [го[[гга) [иг) [Оо) [гв) [иг) [ггг)[оо» 6 105 Методы осаждения токккк пленок скую активность частиц вещества.
Кроме того, скорость роста и качество структуры пленок, получаемых химическим осаждением из паровой фазы, зависят от состояния поверхности подложки, например от наличия загрязнений, и характера поверхностного рельефа. 3) Парциальное давление реагентов. Соотношение между малярными концентрациями различных реагентов оказывает значительное влияние как на скорость осаждения, так и на свойства пленок. При этом существует тесная взаимосвязь между эффектами, вызываемыми изменением температуры подложки и концентрационного отношения реагентов [114].
4) Состав и скорость потока газа-носителя. При очень высокой или очень низкой скорости потока газа осаждение пленки замедляется, а степень ее неоднородности повышается. Скорость осаждения существенно изменяется в зависимости от состава газа-носителя [114).
5) Конфигурация реактора и температура стенок камеры. Динамика течения газа и, следовательно, скорость осаждения и однородность толщины пленки определяются точной формой и размерами реакционной камеры, а также каналов для ввода и вывода газов. Керн и Рослер [122) провели исследование зависимости скорости роста и свойств пленок фосфорно-силикатного стекла при низкотемпературном химическом осаждении из паровой фазы от различных параметров процесса осаждения и полученные результаты, позволяющие оценить влияние каждого из параметров на свойства пленок, представили в графической форме. 2.3.4.2с. Методы легироеания и многономпонентные материало!.
Поскольку при химическом осаждении из паровой фазы введение примесей в полупроводниковую пленку осуществляется в процессе ее роста, получаемые профили распределения примесей могут иметь любую требуемую форму, которая в данном случае не определяется законами диффузии. При осаждении в замкнутой системе легированных полупроводников и слоев многокомпонентных полупроводниковых сплавов [108, !14) происходят легирование или сплавление материала источника с необходимым примесным веществом и транспортная химическая реакция, в которой участвуют как основной, так и легирующий материалы.
Однако в системе такого типа для получения определенного распределения примеси можно использовать только заранее предусмотренный материал; кроме того, нельзя провести замену одного легирующего материала другим в процессе Рис. 2.19. Зависимости скорости роста пленок Б! при химическом осаждении из паровой фазы от парпиальиого давления 8!Нч при использоваиии различиых газов-носителей !1!81 (а); зависимости скорости осаждения плевки 8! от температуры подложки при использовании 8!Н4 (!), ЯНзС!т (2), ЯНС1з (3) и 8!С!т (4) !1181 (о); зависимости скорости осаждения баАс от кристаллографической ориеитапии подложки при температуре подложки 750 *С (!) и 7аб'с (г) (щ!1 (а). 106 Главе 2 осаждения.
Системы открытого типа более удобны для осуществления легнрования благодаря возможности дополнительного введения примесей в реактив, содержащий осаждаемое вешество. Существующие методы легирования по своей основе близки методам химического осаждения из паровой фазы соединений, смесей, сплавов или твердых растворов. Ниже мы кратко рассмотрим эти методы. Осаждение соединений, сплавов или легированных материалов связано с получением исходной смеси паров строго определенного состава при использовании нескольких испарителей и независимом контроле количества нспаряемого вешества каждым из них.
Однако регулировать состав газовой смеси довольно трудно. Метод получения газовой смеси, обеспечивающий более точный контроль отношения концентраций ее компонентов, состоит в следующем. Длинную трубу наполняют смесью исходных веществ (которые обычно имеют разное давление паров), а затем нагреватель плавно перемещают вдоль трубы, начиная от конца, наиболее близко расположенного к реакционной зоне, и полностью испаряют находящийся в трубе материал (108).
Для получения газовых смесей применяют также дискретное испарение. Существует еще один метод испарения веществ сложного состава, при использовании которого необходимое относительное содержание компонентов пара устанавливается автоматически благодаря тому, что соединение или смесь, являюшиеся источниками осаждаемого вещества, помещают в испаритель небольшого размера н в процессе термического испарения количество соединения илн смеси пополняют таким образом, чтобы их объем оставался постоянным. Этот метод называют методом испарения из постоянного источника (108). В некоторых случаях для получения паров вещества над поверхностью нагретого металла или его соединения пропускают газообразный галоген с использованием газа-носителя (для переноса Вгз и 1,) или без него (поток С!з).
Важно отметить, что при осуществлении транспортной реакции одновалентных металлов недостаточно точный контроль температуры, скорости потока газа и состояния поверхности подложки не оказывает существенного влияния на ход реакции, в то время как при осаждении металлов, имеющих различную валентность, определенную степень их окисления можно обеспечить лишь при точном контроле параметров процесса осаждения.
2,3.4.3 Морфология пленок, получаемых химическим осаждением из паровой фазы В зависимости от природы материала подложки и состояния ее поверхности, условий осаждения, а также вида и концентрации примесей пленки, получаемые химическим осаждением из 1от Методы осаждения тонких пленок паровой фазы, могут значительно отличаться по характеру микроструктуры н быть пористыми и плотными, аморфными н монокристаллическими (при эпнтаксиальном росте), рыхлыми и механически прочными. Обычно, как и при физическом осаждении из паровой фазы, прн высокой температуре подложки и небольшой плотности пара образуются пленки, состоящие из крупных кристаллитов, при низкой же температуре подложки и высокой плотности пара осаждаются аморфные и мнкрокристаллические слои. Необходимо отметить, что характерные особенности указанной закономерности обусловливаются составом взаимодействующих паров, природой материала подложки, скоростью потоков пара и видом примесей.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
