3. Методы молекулярного наслаивания и атомно-слоевой эпитаксии.

Среди методов синтеза ультратонких слоев следует вы­делить метод химической сборки, основанный на образовании по­верхностных химических соединений при хемосорбции компонентов из газовой фазы (см. ч. 1, разд. 6.7).

Существует две разновидности химической сборки. Метод атом­но-слоевой эпитаксии позволяет синтезировать тонкопленочные слои оксидов и сульфидов, а также выращивать слои арсенида галлия при низких температурах.

Метод молекулярного наслаивания основан на процессах синтеза твердых вешеств на поверхности твердого тела. При этом кристал­лическая решетка служит матри­цей для сборки пленочных струк­тур. В методе молекулярного на­слаивания предусмотрено форми­рование на поверхности опреде­ленных функциональных групп, которые реагируют с низкомоле­кулярным реагентом и позволяет образовывать устойчивые соедине­ния. Под функциональными груп­пами будем понимать некоторые компоненты синтезируемого слоя. Например, для получения оксид­ных слоев используется группа -ОН, для сульфидных —SH, для нитридных —NH.

Методы атомно-слоевой эпи­таксии и молекулярного настаива­ния позволяет синтезировать на­ноструктуры на поверхности твер­дых тел путем запрограммированного многократного чередования химических реакций. При этом толщина образующегося слоя опре­деляется не временем процесса или интенсивностью потока вещест­ва, а количеством повторяющихся циклов химических реакций п. Причем реакции протекают при небольших температурах, лежащих в диапазоне от 25 ^оС до 400 ^оС. Именно это обстоятельство резко сни­жает вклад диффузионных процессов и позволяет создавать много­слойные структуры с резкими границами.

Процессы молекулярного наслаивания и атомно-слоевой эпитак­сии проводят в проточном реакторе при атмосферном давлении. На­пример, для синтеза сульфида цинка на гидроксилированном крем­нии необходимо провести следующие реакции с использованием диметилцинка:

Чередование реакций (б) и (в) при условии постоянного удаления избытков реагентов и продуктов реакции позволяет вырастить цинко-сульфидный слой (рис. 2.7). При этом не образуются трехмерные за­родыши, а рост пленок происходит по слоевому механизму.

Рис.2.7. Химическая сборка по методу атомно-слоевой эпитаксии.

К сожалению, метод молекулярного наслаивания можно проводить для лими­тированного круга вешеств и с достаточно низкой скоростью.

Метод атомно-слоевой эпитаксии может применяться также для модифицирования поверхностей полупроводниковых или функцио­нальных слоев. Модифицирование поверхности заключается в фор­мировании одного или нескольких монослоев, содержащих кисло­род, серу или азот для последующих процессов оксидирования, сульфидирования или нитридизации поверхностей. При этом проис­ходит «залечивание» дефектов границы раздела определенным ти­пом ионов. Одновременно значительно улучшается качество грани­цы раздела полупроводник—диэлектрик.

Методы молекулярного наслаивания и атомно-слоевой эпитак­сии используются для модифицирования слоев фоторезистов при проведении процессов фотолитографии. Эти методы успешно при­меняется при формировании гетеро- и гомоморфных границ разде­ла, для уменьшения деградационных явлений в полупроводниках, модифицирования различных функциональных слоев с целью по­вышения воспроизводимости результатов и повышения выхода год­ных изделий.