Способ получения двухслойных структур на основе сплошных сверхтонких пленок

 

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДВУХСЛОЙ- ! НЫХ СТРУКТУР НА ОСНОВЕ СПЛОШНЫХ СВЕРХТОНКИХ ПЛЕНОК, включающий нанесение в вакууме основного слоя толщиной, меньшей критической толщины сплошности, и нанесение дополнительного слоя, отличающийся тем, что, с целью повышения качества сверхтонких пленок, дополнительный слой наносят через промежуток времени, меньший времени морфологической релаксации первого слоя.

СО)ОЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51) 4 С 23 С 14/28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

° ° с

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 2472264/18-21 (22) 05.04.77 (46) 30.01.86. Бюл. 1(- 4 ,(71) Московский ордена Трудового

Красного Знамени инженерно-физический институт (72) Ю.А.Быковский, А.Г,Дудоладов, В.А.Кобыляков, В.П.Козленков, M.Á.ËîùèHèH, А.В.Миронос

1 и С.И.Шаповалов (53) 621.396.6-181.48(088.8) (56) Бекетова З.П. и др., Радиофизика, 1975, т. 18, У 6, с. 908.

С.А. Basset,, Phil. Мс, 1958, 3, Р 33, р. 1042. (54)(57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДВУХСЛОИ-

НЫХ СТРУКТУР НА ОСНОВЕ СПЛОШНЫХ

СВЕРХТОНКИХ ПЛЕНОК, включающий нанесение в вакууме основного слоя толщиной, меньшей критической толщины сплошности, и нанесение дополнительного слоя, отличающийся тем, что, с целью повышения качества сверхтонких пленок, дополнительный слой наносят через промежуток времени, меньший времени морфологической релаксации первого слоя.

1 71

И обретение относится к области микроэлектроники и предназначено для получения сверхрешеток и гетерострук J тур на основе сплошных сверхтонких пленок с помощью оптического квантового генератора (ОКГ).

Известен способ получения сплошных сверхтонких пленок, заключающийся в испарении вещества импульсным

ОКГ и осаждения его на подложку.

Известный способ позволяет получать ,тонкие сплошные пленки толщиной порядка толщины мономолекулярного слоя при температуре подложки - 20 С в о случае малого несоответствия параметров кристаллических решеток пленки и подложки.

Недостатки известного способа заключаются в том, что критическая толщина сплошности,п„ существенно возрастает с повьппением температуры подложки 5, с увеличением степени несоответствия параметров кристаллических решеток пленки и подложки и с изменением режима работы импульсного ОКГ (например, режим миллисекундного импульса вместо режима наносекундного импульса).

Известен способ получения двухслойных структур на основе сплошных сверхтонких пленок, включающий нанесение в вакууме основного слоя толщиной, меньшей критической толщины сплошйости, и нанесение дополнительного слоя.

° Однако этот способ не обеспечивает высокого качества сверхтонких пленок, так как они получаются дискретными с нестабильными электрическими параметрами.

Цель изобретения — повьппение качества сверхтонких пленок.

Для этого по способу получения двухслойных структур на основе сплошных сверхтонких пленок, включающему нанесение в вакууме основного слоя толщиной, меньшей критической толщины сплошности, и нанесение дополнительного слоя, дополнительный слой наносят через время, меньшее времени морфологической релаксации первого слоя.

Описываемый способ осуществляют следующим образом.

Сначала излучением импульсного .ОКГ испаряют вещество, предназначенное для получения сплошной сверхтонкой пленки, в результате чего на подложке осаждается сверхтонкий

7926 ров решетки пленки и подложки и других факторов. Если толщина пленки J; мала и адгезия незначительна, а зна45 чения, А и несоответствия решеток достаточно большие, то происходит

5

40 слой. Если его толщина меньше d,„< то на подложке образуется дискретная пленка. Если же через время и после нанесения сверхтонкого слоя производят осаждение дополнительного сплошного слоя за счет испарения импульсным излучением ОКГ другого вещества, то сплошность сверхтонкого слоя зависит от величины времени в том случае, когда 1 меньше определенной величины о „, образуется сплошная сверхтонкая пленка, в противном случае сверхтонкий слой получается дискретным. Сплошность сверхтонкого слоя после отделения его от подложки контролируют с помощью просвечивающего электронного микроскопа. Проведенные исследования показывают, что осаждение пленок при испарении вещества импульсным

ОКГ протекает с высокой скоростью

4 о

-1Π— 19 А/с, за очень малые вре-5 -3 мена -10 — 10 с и в существенно неравновесных условиях. Пересыщения, развивающиеся при этом, настолько велики, что эффективные размеры устойчивого зародыша должны быть меньше атомных размеров, т.е. рост пленки происходит сразу сплошным слоем. Подавление процессов миграции во время сверхбыстрого осаждения тонких слоев является причиной образования сплошных сверхтонких пленок при испарении вещества импульсным ОКГ. Режим работы импульсного ОКГ при этом не имеет решающего значения. Дальнейшее поведение осажденной пленки зависит от ее толщины с ;, температуры подложки 1 э, величины перегрев а ь 4 пленки в момент осаждения, адгезии пленки к подложке, степени соответствия параметморфологическая релаксация первоначально сплошной пленки в дискретную.

Время релаксации с.,„ и критическая толщина сплошности 1,„„ зависят от перечисленных параметров, особенно от 1; и 1 и, При сравнительно больших и малых процесс морфологической релаксации прекращается, в результате чего образуется сплошная сверхтонкая пленка. Проведенные исследования показывают, что морфологическую релаксацию сплошной сверх3 7 тонкой пленки толщиной меньше d спи можно подавить, если через время

< реп после осаждения сверхтонкого слоя осадить дополнительный сплошной слой с помощью испарения второго вещества импульсным ОКГ. Предложенный способ осуществляется с помощью устройства, изображенного на фиг.1; на фиг.2 представлен снимок сэндвича

PbTe — NdAL0, осажденного на подложку NaCP при температуре tg 250 С о и толщинах 4; (АЬТе) = 40 А, di(NdA20 ) = 200 А, время задержки перед нанесением дополнительного слоя 1 = 1с; на фиг.3 — то же самое, но время задержки перед нанесением дополнительного слоя 1 = 1 ыс.

Устройство для реализации описываемого способа получения сверхтонких пленок содержит оптические квантовые генераторы (ОКГ) 1 и 2, соединенные с блоком синхронизации 3. Линзы 4 и .5 служат для фокусировки излучения в вакуумной камере 6, в которой размещены испаряемые вещества

7 и 8 и подложка 9, расположенная на прогреваемом держателе, Кварцевый измеритель 10 служит для измерения толщины пленки.

Работает описываемое устройство следующим образом.

С помощью ОКГ = 1 в режиме миллисекундного импульса проводится вакуумное осаждение сверхтонких пленок, например Pb7e на подложки NaCF Несоответствие периодов решеток PbTeNaCE составляет 13Х. При температуре о подложки 4q -250 С толщина 1,„„ не менее 150 А. Если в соответствии с известным способом осадить слой тол" щиной 30-40 А, то образовавшаяся пленка будет дискретной. В качестве дополнительного слоя используется, например, углерод и сложный окисел

И6МО, испарение второго вещества осуществляется с помощью ОКГ 2, работающего в режиме миллисекундного. импульса и синхронизированного с первым ОКГ. Толщина дополнительного

17926 слоя составляет 100-500 А. При нанесении дополнительного слоя через время задержки 1 = 1с (см.Лиг.2) получается дискретная пленка, при нанесении дополнительного:слоя через время задержки 1 = 1 мс, меньшее времени морфологической релаксации первого слоя (" еи = 3 мс) образуется сплошной слои PbTe (см.фиг.3).

10 Из приведенных пояснений следует, что в качестве вещества дополнительного слоя можно выбрать то же вещество, которое используется для осаждения сплошной сверхтонкой пленки (в том случае, например, когда поставлена цель создать сэндвич, у которого нижний, сверхтонкий, слой отличается от верхнего слоя типом или концентрацией примесей). При

2р этом основное условие заключается в том, чтобы общая толщина сэндвича была больше J . Лля получения сверхрешеток, состоящих из сплошных сверхтонких слоев, частоту 1 следо25 вания импульсов используемых ОКГ следует выбрать так, чтобы 1 1/Г,„.

Проведенные исследования показывают, что предложенный способ позволяет останавливать изменения как морфологии, так и структуры наносимого слоя. Поэтому он может быть использован при исследованиях быстропротекающих процессов структорно-морфологических превращений в тонких

35 пленках.

Применение описанного способа по сравнению с известным способом позволяет получить сплошные сверхтонкие пленки полупроводников, диэлек40 триков и металлов, а так же сэндвичи и сверхрешетки на их основе: на подложках, выполненных из любого материала; при повышенных температурах подложки; при любом режиме работы импульсного ОКГ.

Описанный способ позволяет улучшить характеристики существующих приборов на тонких слоях и создать приборы нового типа.

717926

Фиг.2

ФигЗ

Корректор M,Ìàêñèìèøèíåö

Техред Т.Тулик

Редактор О.Н1ркова

Филиал IIIIII "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 319/8 Тираж 877 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5