RU2331717C2 - Device for thin film coating of semi-conductors and dielectrics - Google Patents
Device for thin film coating of semi-conductors and dielectrics Download PDFInfo
- Publication number
- RU2331717C2 RU2331717C2 RU2006134588/02A RU2006134588A RU2331717C2 RU 2331717 C2 RU2331717 C2 RU 2331717C2 RU 2006134588/02 A RU2006134588/02 A RU 2006134588/02A RU 2006134588 A RU2006134588 A RU 2006134588A RU 2331717 C2 RU2331717 C2 RU 2331717C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- substrate
- base
- basis
- support
- working
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Formation Of Insulating Films (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области полупроводниковой нанотехнологии, в частности области тонкопленочного материаловедения, и может быть использовано для прецизионного получения тонких и сверхтонких пленок полупроводников и диэлектриков в микро- и оптоэлектронике.The invention relates to the field of semiconductor nanotechnology, in particular the field of thin-film materials science, and can be used for the precision production of thin and ultrathin films of semiconductors and dielectrics in micro- and optoelectronics.
Известны устройства для нанесения тонких пленок.Known devices for applying thin films.
Известно устройство и метод для нанесения одного или более слоев на подложку [1], которое содержит реактор и реакционную камеру для нанесения газофазным методом тонких пленок, внутри которой расположена вращающаяся подложка и устройство для подачи реакционных газов. Однако в известном устройстве точность нанесения тонких пленок заданной толщины недостаточно высокая.A device and method are known for depositing one or more layers on a substrate [1], which comprises a reactor and a reaction chamber for applying thin-film by the gas-phase method, inside which a rotating substrate and a device for supplying reaction gases are located. However, in the known device, the accuracy of applying thin films of a given thickness is not high enough.
Известно устройство для выращивания тонких пленок полупроводников и диэлектриков [2], в котором газофазным методом осуществляется нанесение тонких пленок на вращающуюся подложку в реакторе, содержащем реакционную камеру, внутри которой расположена вращающаяся подложка и устройство для подачи реакционных газов. Однако точность нанесения тонких пленок заданной толщины в известном устройстве недостаточно высокая.A device is known for growing thin films of semiconductors and dielectrics [2], in which the gas-phase method is applied to apply thin films to a rotating substrate in a reactor containing a reaction chamber, inside which there is a rotating substrate and a device for supplying reaction gases. However, the accuracy of applying thin films of a given thickness in the known device is not high enough.
Известно устройство для нанесения кристаллических пленок на кристаллическую подложку [3], которое содержит реактор, реакционную камеру, вращающуюся подложку и устройство для подачи реакционных газов. Однако известное устройство имеет невысокую точность наносимых на подложку тонких пленок заданной толщины и на подложках больших размеров.A device for applying crystalline films to a crystalline substrate [3] is known, which comprises a reactor, a reaction chamber, a rotating substrate, and a device for supplying reaction gases. However, the known device has a low accuracy applied to the substrate of thin films of a given thickness and on substrates of large sizes.
Известен реактор [4] для нанесения газофазным химическим методом тонких пленок на подложку, которая вращается с помощью газовой струи. Однако точность заданной толщины наносимых на подложку тонких пленок этим устройством невысокая.Known reactor [4] for applying a gas-phase chemical method of thin films on a substrate that rotates using a gas jet. However, the accuracy of a given thickness of thin films deposited on a substrate by this device is low.
Известен реактор [5] для нанесения газофазным химическим методом тонких пленок на подложку, которая вращается с помощью газовой струи. Однако точность заданной толщины наносимых на подложку тонких пленок этим устройством невысокая.Known reactor [5] for applying a gas-phase chemical method of thin films on a substrate that rotates using a gas jet. However, the accuracy of a given thickness of thin films deposited on a substrate by this device is low.
Известно устройство для нанесения атомно-тонких слоев с помощью газофазных реакций [6], которое по достигаемому техническому результату является наиболее близким к предлагаемому изобретению и принято в качестве прототипа. Известное устройство содержит реактор, рабочая часть внутреннего пространства которого имеет форму цилиндра, внутри реактора расположены подложка для нанесения тонких пленок, система напусков реагентов и буферных газов, а также нагревательные элементы.A device for applying atomically thin layers using gas-phase reactions [6], which according to the achieved technical result is the closest to the proposed invention and adopted as a prototype. The known device comprises a reactor, the working part of the internal space of which is in the form of a cylinder, inside the reactor there is a substrate for applying thin films, a system of inlets of reagents and buffer gases, as well as heating elements.
Недостатком известного устройства является неравномерность толщины наносимых пленок за счет того, что конструкция устройства не позволяет удалять полностью из рабочей камеры продукты реакции, которые образуются в процессе нанесения пленок.A disadvantage of the known device is the unevenness of the thickness of the applied films due to the fact that the design of the device does not allow to completely remove reaction products from the working chamber that are formed during the application of the films.
Предлагаемое устройство свободно от этого недостатка.The proposed device is free from this drawback.
Технический результат заявляемого устройства состоит в существенном увеличении скорости наращивания тонких пленок за счет быстрого и полного удаления образующихся в рабочей камере продуктов реакции, образующихся в процессе нанесения пленок, а также получении равномерной толщины тонких пленок на подложках большого диаметра.The technical result of the claimed device consists in a substantial increase in the rate of build-up of thin films due to the rapid and complete removal of the reaction products formed in the working chamber formed during the deposition of films, as well as obtaining uniform thickness of thin films on substrates of large diameter.
Указанный технический результат достигается тем, что в заявляемом устройстве для нанесения тонких пленок полупроводников и диэлектриков методом молекулярного наслаивания (МН), который имеет всемирно признанное название «ALD» (по заглавным буквам латиницы «Atomic Layer Deposition»), содержащем реактор, рабочая часть внутреннего пространства которого имеет форму цилиндра, внутри реактора расположены подложка для нанесения пленок, система напуска реагентов и буферных газов, а также нагревательные элементы, в соответствии с заявляемым изобретением подложка расположена с возможностью вращения относительно неподвижного основания, а зазор между рабочей поверхностью подложки и основанием позволяет избежать их взаимного касания, вращение подложке передается с помощью подвижной муфты, устанавливаемой на валу двигателя, закрепленного нежестко, величина зазора регулируется изменением давления буферного газа в этом зазоре, противодействующего весу муфты, рабочие поверхности основания и подложки выполнены плоскими и гладкими и имеют форму круга равного диаметра, ось вращения подложки совпадает с ее центром, в рабочей поверхности основания расположены углубления, длина которых не превышает радиуса рабочей поверхности основания, а в углублениях располагаются отверстия для напуска реагентов в зазор.The specified technical result is achieved by the fact that in the inventive device for applying thin films of semiconductors and dielectrics by the method of molecular layering (MN), which has the internationally recognized name "ALD" (in capital letters of the Latin alphabet "Atomic Layer Deposition") containing the reactor, the working part of the internal the space of which is in the form of a cylinder, inside the reactor there is a substrate for applying films, a system for feeding reagents and buffer gases, as well as heating elements, in accordance with the claimed invention the support is rotatable relative to the fixed base, and the gap between the working surface of the substrate and the base avoids mutual contact, the rotation of the substrate is transmitted using a movable coupling mounted on the motor shaft, which is not fixed rigidly, the size of the gap is controlled by changing the pressure of the buffer gas in this gap, counteracting the weight of the coupling, the working surfaces of the base and substrate are made flat and smooth and have the shape of a circle of equal diameter, the axis of rotation of the substrate coincides with its center, in the working surface of the base are recesses, the length of which does not exceed the radius of the working surface of the base, and in the recesses are openings for letting reagents into the gap.
Кроме того, указанный технический результат достигается тем, что основание и подложка выполнены из материала с близким коэффициентом температурного расширения.In addition, the specified technical result is achieved in that the base and the substrate are made of a material with a close coefficient of thermal expansion.
Помимо этого, рабочая поверхность основания выполнена полированной.In addition, the working surface of the base is polished.
Вместе с тем основание выполнено из особо чистого графита или другого материала, а подложка выполнена из кварца.However, the base is made of highly pure graphite or other material, and the substrate is made of quartz.
Отличие заявляемого изобретения, позволяющее достигнуть указанный технический результат, состоит в новом конструктивном исполнении реактора в виде узкой, плоской щели между образцом и неподвижным основанием. Такая принципиально новая геометрия реактора позволяет удалять продукты реакции в промежутках между самими реакциями очень быстро и эффективно порядка не менее чем в 10 раз. Это следует из теории протекания газа по узкой щели. Время контакта молекул прекурсоров (реагентов) с подложкой определяется из формулы:The difference of the claimed invention, which allows to achieve the specified technical result, consists in a new design of the reactor in the form of a narrow, flat gap between the sample and the fixed base. Such a fundamentally new geometry of the reactor makes it possible to remove reaction products in the gaps between the reactions themselves very quickly and efficiently of the order of at least 10 times. This follows from the theory of gas flowing through a narrow gap. The contact time of the precursor molecules (reagents) with the substrate is determined from the formula:
1/t=const×ln(z/H)1 / t = const × ln (z / H)
где t - время контакта молекул с подложкой;where t is the contact time of molecules with the substrate;
z - координата по вертикали (нормали к подложке);z - vertical coordinate (normal to the substrate);
H - толщина зазора между подложкой и неподвижным основанием.H is the thickness of the gap between the substrate and the fixed base.
Из приведенной формулы очевидно, что при стремлении Н к нулю 1/t стремится к бесконечности, а t соответственно к нулю. Это значит, что молекулы прекурсоров, попадая в щель, движутся прямолинейно к «выходу», т.е. «стараются» как можно быстрее выйти «вон» из щелевого реактора, покинуть его, не сталкиваясь при этом с поверхностью подложки и соответственно не взаимодействуя с ней. Для этого и нужна «воздушная подушка» с минимальным промежутком-реактором.From the above formula, it is obvious that when H tends to zero, 1 / t tends to infinity, and t, respectively, to zero. This means that the precursor molecules, getting into the gap, move rectilinearly to the “exit”, i.e. They "try" to get out of the slit reactor as soon as possible, leave it, without colliding with the surface of the substrate and, accordingly, without interacting with it. For this, we need an “air cushion” with a minimum gap reactor.
В основе метода Молекулярного Наслаивания (МН), известного, как уже было отмечено выше, под названием «ALD» (Atomic Layer Deposition), лежит основная теория, согласно которой в строении реального твердого тела всегда можно выделить остов и облекающие его атомы или группы атомов, которые играют роль функциональных групп. Взаимосвязь остова и поверхности играет ключевую роль в процессах эпитаксии и особенно гетероэпитаксии. Метод МН "переводит" на химический язык представление о поверхности как макродефекте бесконечного, идеального твердого тела, и предложили использовать возможности химии поверхности для оригинального ступенчатого синтеза на ней новых слоев вещества. Направленное формирование на поверхности остова нужного набора функциональных групп создает предпосылки для наращивания нового слоя, связанного с подложкой прочной химической связью. Это достигается путем проведения реакции этих функциональных групп с молекулами выбранного прекурсора в определенных условиях. В этих реакциях производится "достройка" остова-подложки слоем новых структурных единиц. Важнейшим отличительным признаком этого метода является саморегуляция процесса, состоящая в остановке роста слоя после завершения синтеза одного монослоя вещества и его возобновлении только при поступлении внешнего сигнала о продолжении роста. Такой синтез является ступенчатым (digital), и толщина получаемых пленок зависит не от длительности проведения процесса роста, как в других методах, а от числа повторяющихся циклов роста.The method of Molecular Layering (MN), known, as already noted above, under the name “ALD” (Atomic Layer Deposition), is based on the basic theory according to which the core and surrounding atoms or groups of atoms can always be distinguished in the structure of a real solid body that play the role of functional groups. The relationship between the skeleton and the surface plays a key role in the processes of epitaxy and especially heteroepitaxy. The MN method “translates” into a chemical language the concept of a surface as a macrodefect of an infinite, ideal solid, and they suggested using the capabilities of surface chemistry for the original stepwise synthesis of new layers of matter on it. The directed formation on the surface of the core of the desired set of functional groups creates the prerequisites for the growth of a new layer bonded to the substrate by a strong chemical bond. This is achieved by reacting these functional groups with the molecules of the selected precursor under certain conditions. In these reactions, the completion of the backbone is carried out with a layer of new structural units. The most important distinguishing feature of this method is the self-regulation of the process, which consists in stopping the growth of the layer after completion of the synthesis of one monolayer of the substance and its resumption only when an external signal is received to continue the growth. Such synthesis is stepwise (digital), and the thickness of the resulting films does not depend on the duration of the growth process, as in other methods, but on the number of repeated growth cycles.
Благодаря проведенным исследованиям в СССР в конце 60-х годов были сформулированы основные пять принципов молекулярного наслаивания:Thanks to the research conducted in the USSR in the late 60s, the five main principles of molecular layering were formulated:
1. «Воспроизводимый синтез» - (химическая сборка твердых веществ заданного сложного состава и регулярного химического строения) - должен быть основан на использовании необратимых в условиях синтеза реакций функциональных групп на поверхности твердого тела с молекулами низкомолекулярного вещества, причем последние не должны реагировать между собой. Это исключает возможность протекания параллельных трудно контролируемых реакций в газовой или жидкой фазе вне поверхности твердого тела.1. “Reproducible synthesis” - (chemical assembly of solids of a given complex composition and regular chemical structure) - should be based on the use of functional groups irreversible in the conditions of synthesis of reactions on the surface of a solid with molecules of a low molecular weight substance, and the latter should not react with each other. This eliminates the possibility of parallel difficult to control reactions in the gas or liquid phase outside the surface of a solid.
2. Химическая сборка конкретного вещества осуществляется путем многократного чередования двух или нескольких реакций, которые в определенной заданной последовательности проводятся на поверхности твердого тела. В результате каждой из этих реакций к поверхности должен присоединиться лишь один монослой новых функциональных групп, химический состав и строение которых определяется природой молекул используемых на данной стадии низкомолекулярного вещества. Последние, реагируя с функциональными группами твердого вещества, образуют с нижележащим слоем химические связи и тем самым входят в состав твердого тела в виде одного монослоя новых структурных единиц. Эти структурные единицы, являющиеся частью молекулы низкомолекулярного вещества, должны содержать активные атомы или группы атомов, которые были бы способны химически соединяться в ходе следующей необратимой реакции с другим низкомолекулярным веществом.2. The chemical assembly of a specific substance is carried out by repeatedly alternating two or more reactions, which are carried out on a solid surface in a predetermined sequence. As a result of each of these reactions, only one monolayer of new functional groups should be attached to the surface, the chemical composition and structure of which is determined by the nature of the molecules of the low molecular weight substance used at this stage. The latter, reacting with the functional groups of a solid, form chemical bonds with the underlying layer and thereby form part of the solid in the form of a single monolayer of new structural units. These structural units, which are part of a molecule of low molecular weight matter, must contain active atoms or groups of atoms that would be able to chemically combine during the next irreversible reaction with another low molecular weight substance.
3. Пригодность поверхности твердого тела для химической сборки вещества из данных "строительных" единиц определяется некоторым их структурным соответствием. Главным образом, это относится к наличию на поверхности остаточного количества функциональных групп необходимой химической природы. Концентрация и характер взаимного расположения этих функциональных групп на поверхности, как исходного твердого тела, так и на поверхности образующегося в ходе слоя нового вещества, предопределяют роль поверхности в качестве матрицы на каждой стадии молекулярного наслаивания, а также обуславливают возможность возникновения поперечных связей между присоединившимися атомами для образования трехмерной решетки синтезируемого твердого тела.3. The suitability of the surface of a solid body for the chemical assembly of matter from these "building" units is determined by some of their structural correspondence. This mainly refers to the presence on the surface of a residual number of functional groups of a necessary chemical nature. The concentration and the nature of the mutual arrangement of these functional groups on the surface, both of the initial solid and on the surface of the new substance formed during the layer, determine the role of the surface as a matrix at each stage of molecular layering, and also determine the possibility of the appearance of cross bonds between joined atoms for the formation of a three-dimensional lattice of the synthesized solid.
4. Таким образом, осуществляя необходимое число циклов реакций молекулярного наслаивания «МН», теоретически можно синтезировать слой вещества заданной толщины с точностью до одного монослоя.4. Thus, by carrying out the required number of cycles of molecular layering reactions “MN”, it is theoretically possible to synthesize a layer of a substance of a given thickness with an accuracy of one monolayer.
5. Используя на разных стадиях «МН» различные низкомолекулярные соединения, можно наносить на поверхность один или несколько монослоев структурных единиц одного рода в заданной последовательности с монослоями структурных единиц другой химической природы. Это теоретически обеспечивает расположение по заданной программе химически связанных между собой слоев различных атомов.5. Using various low molecular weight compounds at different stages of MN, one or several monolayers of structural units of one kind can be applied to the surface in a given sequence with monolayers of structural units of a different chemical nature. This theoretically ensures the location according to a given program of chemically bonded layers of various atoms.
Из этих основных пяти принципов молекулярного наслаивания вытекают практически важные следствия:Practically important consequences follow from these five basic principles of molecular layering:
- Осуществляя необходимое число циклов реакций «МН», можно синтезировать слой вещества заданной толщины с точностью до одного монослоя.- By carrying out the required number of MN reaction cycles, it is possible to synthesize a layer of a substance of a given thickness with an accuracy of one monolayer.
- Используя на разных стадиях «МН» различные низкомолекулярные соединения, можно наносить на поверхность один или несколько монослоев структурных единиц одного рода в заданной последовательности с монослоями структурных единиц другой химической природы. Это обеспечивает расположение по заданной программе химически связанных между собой слоев различных атомов.- Using various low molecular weight compounds at different stages of the MN, one or several monolayers of structural units of one kind can be applied to the surface in a given sequence with monolayers of structural units of a different chemical nature. This ensures the location according to a given program of chemically bonded layers of various atoms.
Изложенное теоретическое обоснование подтверждено и результатами лабораторных исследований, проведенных в одной из лабораторий на базе Санкт-Петербургского государственного университета.The theoretical justification stated is confirmed by the results of laboratory studies conducted in one of the laboratories on the basis of St. Petersburg State University.
Сущность предлагаемого устройства поясняется:The essence of the proposed device is illustrated:
- Фиг.1, на которой представлена схема заявляемого изобретения;- Figure 1, which shows a diagram of the claimed invention;
- Фиг.2, на которой представлены результаты экспериментальных исследований;- Figure 2, which presents the results of experimental studies;
- Фиг.3, на которой представлен спектр пропускания пленки CdTe, полученной на слюде;- Figure 3, which shows the transmission spectrum of the CdTe film obtained on mica;
- конкретными примерами проведенных испытаний.- specific examples of tests performed.
На Фиг.1 устройство представлено в виде общей схемы, на которой в центре расположен движитель (1) для вращения образца-подложки, который соединен с осью (2) через муфту (3), воспринимающую вращение от движителя на груз-перегрузок (4) и передающий вращения на образец-подложку (5), расположенную на неподвижном нагреваемом основании (6), каналы (7), по которым подаются реагенты и газ-носитель, размещенные в непрерывно откачиваемую камеру (8).In Fig. 1, the device is presented in the form of a general diagram on which a mover (1) is located in the center for rotation of the substrate sample, which is connected to the axis (2) through a sleeve (3) that perceives rotation from the mover for overload loads (4) and transmitting rotation to the sample substrate (5) located on a fixed heated base (6), channels (7), through which reactants and carrier gas are placed, placed in a continuously pumped chamber (8).
Работа заявляемого устройства осуществляется следующим образом: поочередную обработку поверхности подложки (5) подвижной части системы проводят парами реагентов с промежуточным удалением продуктов реакции, при этом поочередную обработку поверхности подложки (5) подвижной части системы осуществляют многократно в зазоре между подвижной и неподвижной (6) частями системы, величину которого регулируют давлением газов в зазоре и массой подвижной части системы.The operation of the inventive device is as follows: sequential processing of the surface of the substrate (5) of the moving part of the system is carried out by pairs of reagents with intermediate removal of reaction products, while the alternate processing of the surface of the substrate (5) of the moving part of the system is carried out repeatedly in the gap between the moving and stationary (6) parts system, the value of which is regulated by the gas pressure in the gap and the mass of the moving part of the system.
Таким образом, синтез пленок методом MH-ALD осуществлялся путем последовательной многократной обработки поверхности подложки парами выбранных реагентов. На каждой стадии такой обработки происходило образование хемосорбированного слоя, связанного с подложкой (5) химическими связями. Молекулы реагентов, слабо связанные с подложкой (5), удалялись в процессе откачки. Хемосорбированный слой, представляющий с подложкой (5) единую квантово-механическую систему, на каждой последующей стадии обработки реагентом вступал в химическую реакцию с молекулами, поступающими по каналам (7). В результате такой реакции образовывался монослой нового твердого соединения. Температурный диапазон, в котором происходит монослойный рост пленки за один цикл МН, так называемое "окно процесса", является индивидуальным свойством каждого реагента и каждого материала пленки, таким образом, в каждом конкретном случае "окно процесса" устанавливается экспериментально.Thus, the synthesis of films by the MH-ALD method was carried out by sequentially repeatedly treating the surface of the substrate with pairs of selected reagents. At each stage of such processing, a chemisorbed layer was formed, which was bonded to the substrate (5) by chemical bonds. Reagent molecules weakly bonded to the substrate (5) were removed during pumping. A chemisorbed layer, which represents a single quantum-mechanical system with a substrate (5), at each subsequent stage of processing with a reagent entered into a chemical reaction with molecules entering through the channels (7). As a result of such a reaction, a monolayer of a new solid compound is formed. The temperature range in which monolayer film growth occurs in one MN cycle, the so-called "process window", is an individual property of each reagent and each film material, so in each case the "process window" is set experimentally.
Таким образом, основное отличие от прототипа в заявленном устройстве состоит в отказе от жесткого крепления, которое приводит к тому, что зазор определяется уже не механическими свойствами системы; он может варьироваться и в меньших границах (правило «архимедовой силы»). В прототипе зазор регулируется механически, поэтому в описанном устройстве авторы вышли на граничные условия, определяемыми радиусом больше 15 см, т.е. по толщине уже имеется жесткое ограничение (т.е. зазор в прототипе уже нельзя сделать равномерным по всей поверхности). В предлагаемом устройстве использован иной принцип - подложка (5) над основанием поддерживается за счет давления газа. В центре основания (6) есть отверстие, через которое проходит газ и который, с одной стороны, поддерживает подложку (5), а с другой, разделяет реагенты; каждый реагент, таким образом, течет по отдельным каналам (7). Продольные замкнутые канавки, которые не доходят до самого края, соединены с каналами (7), по которым подаются пары реагентов. Сверху на пластину укладывается груз, величина и масса которого регулирует величину зазора. В результате можно нанести пленки на подложки большей площади, а сами пленки могут быть много тоньше.Thus, the main difference from the prototype in the claimed device is the rejection of rigid fastening, which leads to the fact that the gap is no longer determined by the mechanical properties of the system; it can vary to a lesser extent (the rule of "Archimedean power"). In the prototype, the gap is controlled mechanically, therefore, in the described device, the authors came to boundary conditions defined by a radius of more than 15 cm, i.e. the thickness already has a strict restriction (i.e., the gap in the prototype can no longer be made uniform across the entire surface). In the proposed device, a different principle was used - the substrate (5) above the base is supported by gas pressure. In the center of the base (6) there is an opening through which gas passes and which, on the one hand, supports the substrate (5), and on the other hand, separates the reagents; each reagent, therefore, flows through separate channels (7). Longitudinal closed grooves that do not reach the edge are connected to channels (7) through which pairs of reagents are supplied. A load is placed on top of the plate, the size and mass of which controls the amount of clearance. As a result, films can be deposited on larger substrates, and the films themselves can be much thinner.
Ниже приведены примеры результатов конкретных исследований на примере синтеза слоев CdTe с использованием разных прекурсоров-реагентов.Below are examples of the results of specific studies on the example of the synthesis of CdTe layers using different reagent precursors.
Пример 1.Example 1
Синтез слоев CdTe проводился на установке с использованием Me2Cd и MeAllylTe в качестве прекурсоров. Водород был использован в качестве газа-носителя. В центральный канал статора подавался водород, а в боковые каналы подавались пары диметилкадмия и метилаллителлурида (ДМК и MAT). Парциальное давление водорода составляло 20 Торр. Пары ДМК и MAT подавались с помощью газа-носителя водорода при таком же суммарном давлении. Процесс проводился при температуре 300°С на подложке из кремния диаметром 100 мм и скорости вращения 5 об/мин.The synthesis of CdTe layers was carried out on a setup using Me 2 Cd and MeAllylTe as precursors. Hydrogen was used as a carrier gas. Hydrogen was supplied to the central channel of the stator, and pairs of dimethylcadmium and methylallitelluride (DMC and MAT) were supplied to the side channels. The partial pressure of hydrogen was 20 Torr. DMK and MAT pairs were supplied using a hydrogen carrier gas at the same total pressure. The process was carried out at a temperature of 300 ° C on a silicon substrate with a diameter of 100 mm and a rotation speed of 5 rpm.
Величина зазора от пластинки до статора составляла 0,07 мм. Были проведены 3 синтеза пленок в течение различного времени. Процесс подачи прекурсоров, а соответственно и рост пленки проводился в течение 10, 20 и 30 мин. Толщина полученного слоя теллурида кадмия измерялась с помощью оптического интерферометра МИИ-4 и составила величины 1,5; 3,0 и 4,5 мкм соответственно. Таким образом, был получен линейный рост пленки в зависимости от числа проведенных циклов МН. Поверхность образцов имела зеркальный вид (Фиг.2). Как видно из Фиг.2, полученная пленка имеет толщину 1,5 мкм и равномерную толщину.The gap from the plate to the stator was 0.07 mm. 3 synthesized films were carried out for various times. The process of feeding precursors, and, accordingly, film growth, was carried out for 10, 20, and 30 minutes. The thickness of the obtained cadmium telluride layer was measured using an MII-4 optical interferometer and amounted to 1.5; 3.0 and 4.5 μm, respectively. Thus, a linear film growth was obtained depending on the number of MN cycles performed. The surface of the samples had a mirror appearance (Figure 2). As can be seen from Figure 2, the resulting film has a thickness of 1.5 μm and a uniform thickness.
Пример 2.Example 2
Синтез слоев CdTe проводился на установке с использованием Me2Cd и MeAllylTe в качестве прекурсоров. Водород был использован в качестве газа-носителя. В центральный канал статора подавался водород, а в боковые каналы подавались пары диметилкадмия и метилаллителлурида (ДМК и MAT). Парциальное давление водорода составляло 20 Торр. Пары ДМК и MAT подавались с помощью газа-носителя водорода при таком же суммарном давлении. Процесс проводился при температуре 300°С на подложке из кремния диаметром 100 мм и скорости вращения 5 об/мин.The synthesis of CdTe layers was carried out on a setup using Me 2 Cd and MeAllylTe as precursors. Hydrogen was used as a carrier gas. Hydrogen was supplied to the central channel of the stator, and pairs of dimethylcadmium and methylallitelluride (DMC and MAT) were supplied to the side channels. The partial pressure of hydrogen was 20 Torr. DMK and MAT pairs were supplied using a hydrogen carrier gas at the same total pressure. The process was carried out at a temperature of 300 ° C on a silicon substrate with a diameter of 100 mm and a rotation speed of 5 rpm.
Величина зазора от пластинки до статора составляла 0,07 мм. Процесс подачи прекурсоров, а соответственно и рост пленки проводился в течение 20 мин. Структура полученных пленок была исследована с помощью рентгеновской дифракции. Расшифровка дифрактограммы подтвердила, что пленки CdTe имеют кубическую структуру и свидетельствует о высокой степени упорядоченности полученных пленок CdTe. Обычным методом оценки совершенства пленок является измерение ширины первой линии на полувысоте максимума (FWHM). Для приведенного образца эта величина составляет 12 угловых минут. Эта величина подтверждает высокую степень совершенства полученной пленки.The gap from the plate to the stator was 0.07 mm. The process of feeding precursors, and, accordingly, the growth of the film was carried out for 20 minutes The structure of the obtained films was investigated using x-ray diffraction. The interpretation of the diffraction pattern confirmed that the CdTe films have a cubic structure and indicates a high degree of ordering of the obtained CdTe films. A common method for evaluating film excellence is to measure the width of the first line at half maximum height (FWHM). For the given sample, this value is 12 arc minutes. This value confirms the high degree of perfection of the obtained film.
Пример 3.Example 3
Синтез слоев CdTe проводился на установке с использованием Me2Cd и MeAllylTe в качестве прекурсоров. Водород был использован в качестве газа-носителя. В центральный канал статора подавался водород, а в боковые каналы подавались пары диметилкадмия и метилаллителлурида (ДМК и MAT). Парциальное давление водорода составляло 20 Торр. Пары ДМК и MAT подавались с помощью газа-носителя водорода при таком же суммарном давлении. Процесс проводился при температуре 300°С на подложке из слюды диаметром 100 мм и скорости вращения 5 об/мин. Величина зазора от пластинки до статора составляла 0,07 мм. Процесс подачи прекурсоров, а соответственно и рост пленки проводился в течение 20 мин. Полученная пленка на просвет имела темно-коричневый цвет. Были исследованы спектры пропускания пленок CdTe, полученных на слюде в диапазоне длин волн, характерных для соединения CdTe. Спектр был снят в криостате при температуре жидкого азота (77К).The synthesis of CdTe layers was carried out on a setup using Me 2 Cd and MeAllylTe as precursors. Hydrogen was used as a carrier gas. Hydrogen was supplied to the central channel of the stator, and pairs of dimethylcadmium and methylallitelluride (DMC and MAT) were supplied to the side channels. The partial pressure of hydrogen was 20 Torr. DMK and MAT pairs were supplied using a hydrogen carrier gas at the same total pressure. The process was carried out at a temperature of 300 ° C on a mica substrate with a diameter of 100 mm and a rotation speed of 5 rpm. The gap from the plate to the stator was 0.07 mm. The process of feeding precursors, and, accordingly, the growth of the film was carried out for 20 minutes The resulting film on the lumen had a dark brown color. The transmission spectra of CdTe films obtained on mica in the wavelength range characteristic of the CdTe compound were investigated. The spectrum was recorded in a cryostat at a temperature of liquid nitrogen (77K).
Полученный спектр приведен на Фиг.3, из которого видно, что край поглощения является довольно резким, соответствующим стехиометрическому составу пленки CdTe, и подтверждает хорошее качество полученных пленок CdTe методом молекулярного наслаивания «МН».The obtained spectrum is shown in Fig. 3, from which it is seen that the absorption edge is rather sharp, corresponding to the stoichiometric composition of the CdTe film, and confirms the good quality of the obtained CdTe films by the molecular layering method "MN".
Результаты проведенных исследований убедительно показали, что заявленное устройство устраняет главный, общепризнанный в мировой научной литературе по этой проблеме недостаток «МК-ALD», а именно, - низкую скорость роста тонких пленок полупроводников и диэлектриков, что ограничивает область применения этого принципа наращивания пленок.The results of our studies convincingly showed that the claimed device eliminates the main drawback of MK-ALD, which is generally recognized in the world scientific literature on this problem, namely, the low growth rate of thin films of semiconductors and dielectrics, which limits the scope of this principle of film growth.
Полученная в ходе многократных исследований высокая скорость наращивания тонких пленок за счет быстрого и полного удаления образующихся продуктов реакции возрастает не менее чем в 10 раз, а также позволяет получать тонкие пленки не только равномерной толщины, но и на подложках большого диаметра. Все это существенно расширяет область применения получаемых с помощью заявленного устройства тонких пленок.The high growth rate of thin films obtained in the course of repeated studies due to the rapid and complete removal of the resulting reaction products increases by at least 10 times, and also allows thin films to be obtained not only of uniform thickness, but also on large-diameter substrates. All this significantly expands the field of application obtained with the claimed device thin films.
Заявленное устройство может быть использовано для изготовления сверхбольших интегральных схем оптических покрытий фотоприемников и солнечных батарей.The claimed device can be used for the manufacture of ultra-large integrated circuits of optical coatings of photodetectors and solar panels.
Список использованной литературыList of references
1. Патент US №6899764 «Реактор и реакционная камера для нанесения газофазным методом тонких пленок».1. US patent No. 6899764 "Reactor and reaction chamber for applying thin-film by the gas-phase method."
2. Патент US №6849241 «Устройство и метод для нанесения одного или более слоев на подложку».2. US patent No. 6849241 "Device and method for applying one or more layers on a substrate."
3. Патент US №6905548 «Устройство для нанесения кристаллических пленок на кристаллическую подложку».3. US patent No. 6905548 "Device for applying crystalline films to a crystalline substrate."
4. Патент US №6811614 «Реактор для нанесения газофазным химическим методом тонких пленок на подложку».4. US patent No. 6811614 "Reactor for applying a gas-phase chemical method of thin films on a substrate."
5. Патент US №6309465 «Реактор для газофазного химического нанесения тонких пленок».5. US patent No. 6309465 "Reactor for gas-phase chemical deposition of thin films."
6. Патент US №6812157 «Устройство для нанесения атомно-тонких слоев с помощью газофазных реакций» - прототип.6. US patent No. 6812157 "Device for applying atomically thin layers using gas-phase reactions" - prototype.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006134588/02A RU2331717C2 (en) | 2006-10-02 | 2006-10-02 | Device for thin film coating of semi-conductors and dielectrics |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006134588/02A RU2331717C2 (en) | 2006-10-02 | 2006-10-02 | Device for thin film coating of semi-conductors and dielectrics |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2006134588A RU2006134588A (en) | 2008-04-10 |
| RU2331717C2 true RU2331717C2 (en) | 2008-08-20 |
Family
ID=39748183
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006134588/02A RU2331717C2 (en) | 2006-10-02 | 2006-10-02 | Device for thin film coating of semi-conductors and dielectrics |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2331717C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2494037C1 (en) * | 2012-04-27 | 2013-09-27 | Закрытое акционерное общество "Натотехнология МДТ" | Method of production of atomic-thin single-crystalline films |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2040589C1 (en) * | 1990-03-27 | 1995-07-25 | Институт ядерных исследований АН Украины | Method of obtaining thin self-supporting films |
| JP2001254181A (en) * | 2000-01-06 | 2001-09-18 | Tokyo Electron Ltd | Film depositing apparatus and film depositing method |
| RU2190037C2 (en) * | 2000-02-23 | 2002-09-27 | Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Экспериментальной Физики | Method for making metal layer |
| US6811614B2 (en) * | 2000-11-08 | 2004-11-02 | Aixtron Ag | CVD reactor with substrate holder which is rotatably driven and mounted by a gas stream |
| US6812157B1 (en) * | 1999-06-24 | 2004-11-02 | Prasad Narhar Gadgil | Apparatus for atomic layer chemical vapor deposition |
| US6849241B2 (en) * | 2000-02-04 | 2005-02-01 | Aixtron Ag. | Device and method for depositing one or more layers on a substrate |
-
2006
- 2006-10-02 RU RU2006134588/02A patent/RU2331717C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2040589C1 (en) * | 1990-03-27 | 1995-07-25 | Институт ядерных исследований АН Украины | Method of obtaining thin self-supporting films |
| US6812157B1 (en) * | 1999-06-24 | 2004-11-02 | Prasad Narhar Gadgil | Apparatus for atomic layer chemical vapor deposition |
| JP2001254181A (en) * | 2000-01-06 | 2001-09-18 | Tokyo Electron Ltd | Film depositing apparatus and film depositing method |
| US6849241B2 (en) * | 2000-02-04 | 2005-02-01 | Aixtron Ag. | Device and method for depositing one or more layers on a substrate |
| RU2190037C2 (en) * | 2000-02-23 | 2002-09-27 | Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Экспериментальной Физики | Method for making metal layer |
| US6811614B2 (en) * | 2000-11-08 | 2004-11-02 | Aixtron Ag | CVD reactor with substrate holder which is rotatably driven and mounted by a gas stream |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2494037C1 (en) * | 2012-04-27 | 2013-09-27 | Закрытое акционерное общество "Натотехнология МДТ" | Method of production of atomic-thin single-crystalline films |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2006134588A (en) | 2008-04-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8553333B2 (en) | Nanostructured anti-reflective coatings for substrates | |
| Zhou et al. | Fabrication of organic interfacial layers by molecular layer deposition: Present status and future opportunities | |
| Poodt et al. | Spatial atomic layer deposition: A route towards further industrialization of atomic layer deposition | |
| Mousa et al. | Effect of temperature and gas velocity on growth per cycle during Al2O3 and ZnO atomic layer deposition at atmospheric pressure | |
| Poodt et al. | High-speed spatial atomic-layer deposition of aluminum oxide layers for solar cell passivation | |
| Jur et al. | Atomic layer deposition of Al2O3 and ZnO at atmospheric pressure in a flow tube reactor | |
| DK1838893T3 (en) | Thin films made with gas phase deposition technique | |
| Ott et al. | Modification of porous alumina membranes using Al2O3 atomic layer controlled deposition | |
| EP2159304A1 (en) | Apparatus and method for atomic layer deposition | |
| JP2011506758A (en) | Method for depositing organic materials | |
| JP2009531535A (en) | Apparatus and method for chemical vapor deposition processing of a wide range of multilayer atomic layers of thin films | |
| JPS6021955B2 (en) | Method and apparatus for growth of compound thin films | |
| Maydannik et al. | Spatial atomic layer deposition: Performance of low temperature H2O and O3 oxidant chemistry for flexible electronics encapsulation | |
| KR101505619B1 (en) | Deposition apparatus for organic-inorganic hybrid thin film and method for fabricating organic-inorganic hybrid thin film using same | |
| Huang et al. | Tuning the morphology and composition of ultrathin cobalt oxide films via atomic layer deposition | |
| Drozd et al. | ALD synthesis of SnSe layers and nanostructures | |
| Chen et al. | Atmospheric-pressure atomic layer deposition: recent applications and new emerging applications in high-porosity/3D materials | |
| Gasvoda et al. | Gas Phase Organic Functionalization of SiO2 with Propanoyl Chloride | |
| RU2331717C2 (en) | Device for thin film coating of semi-conductors and dielectrics | |
| Patel et al. | Flow-through atmospheric pressure-atomic layer deposition reactor for thin-film deposition in capillary columns | |
| US20190186008A1 (en) | Process for forming compositionally-graded thin films | |
| TWI782021B (en) | Selective molecular layer deposition of organic and hybrid organic-inorganic layers | |
| Hendrix et al. | Atomic layer deposition of MoOx thin films using Mo (iPrCp) 2H2 and O3 | |
| US7084445B2 (en) | High-throughput thin-film fabrication vacuum flange | |
| TWI761269B (en) | Vapor deposition of thin films comprising gold |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20081003 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20100420 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20141003 |