СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК И СЛОЕВ ТЕЛЛУРА Российский патент 2012 года по МПК H01L21/203 

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано при производстве изделий микроэлектроники.

Известен способ получения пленок теллура путем вакуумного напыления [1, 2].

Исследование структуры и свойств пленок, полученных данным методом, показало, что они сильно дефектны. Причину их дефектности удалось установить после исследований состава газовой фазы масс-спектрометрическим анализом, получаемым термическим нагревом теллура в вакууме [3]. В ней преобладающими оказались двухатомные молекулы Те₂ и в ней же присутствуют атомы теллура и атомные ассоциаты Те₃, Те₅, концентрация которых зависит от температуры испарителя.

Таким образом, газовая фаза теллура, получаемая термическим нагревом его в вакууме, неоднородна по составу. Поэтому из такой неоднородной газовой фазы, как утверждает современная кинетическая теория ориентированного роста вещества, на подложках с фиксированной температурой T₁<450°C невозможно получить совершенной структуры пленки теллура с воспроизводимыми физическими свойствами.

Другим существенным недостатком метода термического вакуумного напыления является присутствие в системе кислорода в составе остаточных газов и газов натекания. Такой кислород с теллуром образует термоустойчивое соединение - парателлурид (TeO₂), который входит в растущую пленку теллура. Этот процесс можно записать условной реакцией:

Задача изобретения - совершенствование структуры пленок и слоев теллура.

Технический результат - в разработке способа получения пленок и слоев теллура монокристаллической структуры на ориентирующих подложках.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения.

Сущность предлагаемого изобретения в том, что получают пленки и слои теллура монокристаллической структуры на гранях кристаллов путем перевода теллура в моноатомный пар и роста из него образцов монокристаллической структуры, при этом процесс осаждения проводят в атмосфере водорода при , температуре исходного теллура Т₂=600°С и температуре зоны подложки Т₁=400°C.

Учет термохимических законов позволяет предотвратить процесс, описываемый реакцией (1), если допустить присутствие в системе водорода. В таком случае наблюдается переход кислорода в менее активное состояние по отношению к теллуру в результате протекания реакции:

Основная технологическая ценность наличия водорода в системе с теллуром не ограничивается возможностью осуществления реакции (2). Он, обладая значительной величиной электроотрицательности 2,1 по шкале Полинга и малым ионным радиусом Н⁺=10^-5 Å на поверхности и приповерхностном объеме твердого и жидкого теллура, обладающего относительно рыхлой структурой, образует комплексы типа (Н - Те), которые значительно ослабляют атом - атомные силы связи в пределах спиральных цепочек и Ван-дер-Ваальсовские силы связи между цепочками, находящиеся друг от друга на расстоянии 3,74 Å, упакованных в гексагоны в пределах элементарной ячейки структуры теллура. Приведенные выше комплексы в теллуре не могут накапливаться при температурах зоны тигля Т₂, выходят в газовую фазу в виде отдельных элементов, поскольку при Т₂ (большей обычной температуры) соединение Н₂Те не образуется (теплота его образования есть величина отрицательная). Таким образом, эту стадию взаимодействия водорода с теллуром при Т₂ можно записать реакцией:

Реакция (3) отражает начальную стадию взаимодействия водорода с теллуром, а конечная стадия выхода комплексов (Н-Те), можно сказать, описывается реакцией:

Теллур, образовавшийся по реакции (4) в атомном состоянии в области тигля с температурой Т₂ в поле градиента температуры, переносится в область подложки с температурой T₁, а затем осаждается на подложке.

Типичная морфология поверхности роста показана на фиг.1 и 2.

На фиг.1 показана морфология поверхности пленки теллура, полученной при температуре подложки T₁=663 К (×600).

На фиг.2 представлено трехмерное (3D) АСМ - изображение поверхности пленки, полученной при T₁=405°С на подложке из слюды - мусковит. Площадь участка поверхности 1×1 µm. На поверхности пленки четко видны фигуры роста высотой в ~6 нм.

Микрофотографии поверхностей роста пленок теллура, полученных при разных условиях на плоскости скола слюды, даны на фиг.3 и 4.

Пример 1. При осуществлении процесса напыления пленок теллура при давлении водорода в системе , Т₂=625°С и T₁=375°С скорость поступления атомов теллура на подложку превышает скорость диффузии их по поверхности подложки. Поэтому растущая пленка состоит из крупных кристалликов, разориентированных друг относительно друга (фиг.3)

Пример 2. Процесс нанесения пленок теллура на подложку при давлении водорода в системе , Т₂=625°С и T₁=420°С сопровождается реиспарением теллура с поверхности подложки из-за того, что при T₁=420°С энергия активации реиспарения атомов ΔG_ис больше энергии диффузии их по поверхности подложки. В этом случае на поверхности подложки обнаруживаются отдельные куполообразные островки теллура, которые до охлаждения находились в жидком состоянии (фиг.4).

Моноатомность и сильная разбавленность паровой фазы теллура позволяет управлять процессом формирования монокристаллической структуры растущих его пленок на ориентирующих подложках (слюда, CdTe, ZnTe, CaF, Al₂O₃ и др.), как изменением Т₂, так и - T₁, при известном давлении водорода в системе. Термоактивационный процесс в системе (Н₂+Те) с целью получения монокристаллической структуры на ориентирующих подложках предложен впервые и позволяет получать образцы теллура с воспроизводимыми электрофизическими свойствами, которые близки к свойствам монокристаллов. Данный способ получения теллура в монокристаллическом состоянии предлагается использовать в области электронной техники. При практическом осуществлении данного способа наиболее совершенной структуры рост пленок наблюдается при Т₂=600°С, ΔТ=Т₂-T₁=190-200°С и давлении водорода в системе .

Таким образом, предложенный способ позволил получить пленки и слои теллура монокристаллической структуры на ориентирующих подложках с воспроизводимыми физическими свойствами.

Источники информации

1. Вигдорович В.Н., Ухликов Г.А., Чиботару Н.Н. Структура и электрические свойства конденсированных пленок теллура. // Изв. АН СССР. Неорганические материалы. 1979. Т.15, №1. С.49-55

2. Бондарчук Н.Ф., Вигдорович В.Н., Ухликов Г.А. Структура конденсированных пленок теллура и их свойства. // Изв. АН СССР. Неорганические материалы. 1989. Т.25, №2. С.189-194.

3. Кудрявцев А.А. Химия и технология селена и теллура. М.: Металлургия. 1968. 340 с.

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано при производстве изделий микроэлектроники. Техническим результатом изобретения является получение пленок и слоев теллура монокристаллической структуры на ориентирующих подложках. Сущность изобретения: получают пленки и слои теллура монокристаллической структуры на гранях кристаллов путем перевода теллура в моноатомный пар и роста из него образцов монокристаллической структуры, при этом процесс осаждения проводят в атмосфере водорода при Р_Н2=1,8 атм, температуре исходного теллура Т₂=600°С и температуре зоны подложки T₁=400°C. 4 ил.

Способ получения пленок и слоев теллура монокристаллической структуры на гранях кристаллов путем перевода теллура в моноатомный пар и роста из него образцов монокристаллической структуры, при этом процесс осаждения проводят в атмосфере водорода при температуре исходного теллура Т₂=600°С и температуре зоны подложки Т₁=400°С.