Способ получения двухслойных структур на основе сплошных сверхтонких пленок

СО 1 ОЭ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК И 9 3 С 14/28(50 САНИЕ ИЭОБРЕТЕНИ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ ВТО ог изичес о,48(088.8) и др., РадиоФ 11 6, с. 908.МсР, 1958,и ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(21) 2472264/18-21 (22) 05,04.77 (46) 30.01.86. Бюл, Яд 4 (71) Московский ордена Труд Красного Знамени инженерно кий институт (72) Ю,А.Быковский, А.Г,Ду В.А,Кобыляков, В.П,Козленк М.Б.Лощинин, А.В.Миронос и С.И,Шаповалов (53) 621.396.6-181 (56) Бекетова З.П, ка, 1975, т. 18,С.А. Баязет, РЬ9 33, р. 1042.(54)(57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДВУХСЛОИ-НЫХ СТРУКТУР НА ОСНОВЕ СПЛОШНЫХСВЕРХТОНКИХ ПЛЕНОК, включающий нанесение в вакууме основного слоя толщиной, меньшей критической толщинысплошности, и нанесение дополнительного слоя, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения качества сверхтонких пленок, дополнительный слой наносят через промежутоквремени, меньший времени морфологической релаксации первого слоя.71Изобретение относится к области микроэлектроники и предназначено для получения сверхрешеток и гетероструктур 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 во случае малого несоответствия параметров кристаллических решеток пленки и подложки.Недостатки известного способа заключаются в том, что критическая толщина сплошности ,щ 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 основно. го слоя толщиной, меньшей критической толщины сплошности, и нанесение дополнительного слоя, дополнительный слой наносят через время, меньшее времени морфологической релакса. ции первого слоя.Описываемый способ осуществляют следующим образом,Сначала излучением импульсного .ОКГ испаряют вещество, предназначенное для получения сплошной сверхтон. кой пленки, в результате чего на подложке осаждается сверхтонкий792 бв ров решетки пленки и подложки и других факторов. Если толщина пленки 1; мала и адгезия незначительна, а значения, Ьи несоответствия решеток достаточно большие, то происходит 5055 5 10 15 20 25 30 35 40 слой, Если его толщина меньше 3,щ 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 временив 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 скоростью4о-1 О - 19 А/с, эа очень малые вре-3мена -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 з, в еличины пер е грев а ь 1 пленки в момент осаждения, адгезии пленки к подложке, степени соответствия параметморфологическая релаксация первоначально сплошной пленки в дискретную. Время релаксации р, и критическая толщина сплошности 3, зависят от перечисленных параметров, особенно от 1; и 1 и, При сравнительно большихи малых тз процесс морфологической релаксации прекращается, в результате чего образуется сплошная сверхтонкая пленка, Проведенные исследования показывают, что морфологическую релаксацию сплошной сверх3 7тонкой пленки толщиной меньше 1спиможно подавить, если через время1; ь , после осаждения сверхтонкогослоя осадить дополнительный сплошнойслой с помощью испарения второго вещества импульсным ОКГ. Предложенныйспособ осуществляется с помощью устройства, изображенного на фиг,1; нафиг.2 представлен снимок сэндвичаРЬТе - ЮЛЮ, осажденного на подложку ИаСГ при температуре 1 з,= 250 Сои толщинах Д; (АЬТе) = 40 А,М МЛАДО) = 200 А, время задержкиперед нанесением дополнительногослоя 1 = 1 с; на фиг.З - то же самое,но время задержки перед нанесениемдополнительного 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. Лин.зы 4 и 5 служат для фокусировки излучения в вакуумной камере 6, в которой размещены испаряемые вещества7 и 8 и подложка 9, расположеннаяна прогреваемом держателе, Кварцевый измеритель 1 О служит для измерения толщины пленки.Работает описываемое устройствоследующим образом.С помощью ОКГ = 1 в режиме миллисекундного импульса проводится вакуумное осаждение сверхтонких пленок,например РТе на подложки ИаС. Несоответствие периодов решеток Р 1 ТеИаСГ составляет 137, При температуреоподложки 1 -250 С толщина , неменее 150 А. Если в соответствии сизвестным способом осадить слой тол"щиной 30-40 А, то образовавшаясяпленка будет дискретной. В качестведополнительного слоя используется,например, углерод и сложный окиселИ 6 МО, испарение второго веществаосуществляется с помощью ОКГ 2, работающего в режиме миллисекундного.импульса и синхронизированного спервым ОКГ. Толщина дополнительного 17926слоя составляет 100-500 А. При нанесении дополнительного слоя черезвремя задержки 1 = 1 с (см.фиг.2)получается дискретная пленка, принанесении дополнительного:слоя через время задержки 1 = 1 мс, меньшеевремени морфологической релаксациипервого слоя ( Реи = 3 мс) образуетсясплошной слои Р 5 Те (см.фиг,З).10 Из приведенных пояснений следует,что в качестве вещества дополнитель"ного слоя можно выбрать то же вещество, которое используется дляосаждения сплошной сверхтонкой плен.15 ки (в том случае, например, когдапоставлена цель создать сэндвич, укоторого нижний, сверхтонкий, слойотличается от верхнего слоя типомили концентрацией примесей). При 20 этом основное условие заключается втом, чтобы общая толщина сэндвичабыла больше 1 и, . Для получениясверхрешеток, состоящих из сплошныхсверхтонких слоев, частоту 1 следо вания импульсов используемых ОКГследует выбрать так, чтобы 1 ) 1/ Г, .Проведенные исследования показывают,что предложенный способ позволяетостанавливать изменения как морфологии, так и структуры наносимогослоя, Поэтому он может быть использован при исследованиях быстропротекающих процессов структорно-морфологических превращений в тонких 35пленках.Применение описанного способа посравнению с известным способом позволяет получить сплошные сверхтонкие пленки полупроводников, диэлек триков и металлов, а так же сэндвичи и сверхрешетки на их основе: наподложках, выполненных из любогоматериала; при повышенных температурах подложки; при любом режиме работы импульсного ОКГ.Описанный способ позволяет улучшить характеристики существующихприборов на тонких слоях и создатьприборы нового типа.717926 едактор О . Ярков а хред Т.Тулик Корре сим аказ 319/8 ВНписное 5 лиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,Тира ИИПИ Государств делам изобр 35, Москва, 877 Поднного комитета СССРтений и открытий