181779. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés különböző elemekből álló atmokból összetett vékony filmréteg növesztésére valamely hordozó felületén
3 1817 79 4 kromatográfia területén és a kémiai gőzfelhordó (CVD = Chemical Vapor Deposition) módszereknél, amelyeket széles körben alkalmaznak a félvezető iparban. Általában célszerű, ha a találmányt olyan módszernek tekintjük, amely az ALE növesztő eljárást a molekuláris sugaras növesztő módszertől (MBE = Molecular Beam Epitaxy) a CVD módszerek felé mozdítja el. A találmány szerinti módszernek és készüléknek a technika állásához tartozó CVD módszerekkel való összefüggése azonban hasonló az ALE eljárásnak a fejlődése és a hagyományos vákuumfelhordásos módszerek, ideszámítva az MBE módszert is, között meglevő jelentés különbségekhez. Hangsúlyozzuk, hogy a találmány szerinti eljárás nem csupán a 4 058 430 számú amerikai szabadalmi leírásban ismertetett módszer változata az ALE eljárás szerinti növesztésre, hanem új előnyöket is biztosít a technika állásához képest az összetett vékony filmréteg növesztésére. Ezek az előnyök magukban foglalják azt a könnyedséget, amellyel a felületcserélődési reakciók végezhetők, ahol a növesztendő film elemi komponenseit a felületi reakció területére a szóban forgó film egy második összetevője formájában juttatjuk. Ez különösen akkor jelentős, ha olyan fémekről van szó, amelyek kis gőznyomással rendelkeznek, amelyek ily módon illékonyabb vegyületekkel, így fémhalogenidekkel vagy szerves fémvegyületekkel helyettesíthetők. Ily módon a kezdeti hőmérséklet, valamint az anyaghőmérséklet csökkenthető, amely szükséges ahhoz, hogy tökéletes visszapárolgás jöjjön létre az ALE eljárás szerinti teljes felületi fedőréteg kialakulása után. A fémoxidok növesztését illetően, a jelenlegi ismeretek szerint, a fémhalogenid kemiszorbeálódik egy oxigénfelületre halogénmolekula formában, míg a halogénatomokat felszabadítják a következő felületi reakciólépésben azokból a vízmolekulákból származó hidrogénatomok, amelyeket reaktív gőzként használunk az oxidáló felületi reakcióban. A kicserélődési reakció másik előnye a növesztési sebesség alakulásában jelentkezik. Közvetlen elemi felületi reakciók esetében például, ahogy ez a ZnS növesztésénél történik, az egyatomos felületi fémréteg hajlamos arra, hogy újra elpárologjon, mielőtt végbemegy a felületi reakció a kéngőzzel. így a növekedési sebesség függ az újrapárolgási időtől az Zn- és S-felületi reakciólépésben, és ez csökken a hőmérséklet növekedésével. A megfelelő kicserélődési reakciók esetében ez a kedvezőtlen eset nem fordul elő és lényegében 0,1 nm/ciklus állandó növekedési sebesség észlelhető széles hőmérséklettartományban és újrapárolgási idő alatt. Megfigyelhető, hogy mindegyik vegyületnek jellegzetes saját növesztési sebessége van, amely egy a kérdéses szerkezet kristályszerkezeti tulajdonságai szerinti stabilis egyrétegű konfigurációnak felel meg. A találmány szerinti eljárás kivitelezésére alkalmas készülék mechanikusan egyszerűbb, mint a megfelelő korábbi készülékek. Fontos előnyök mutatkoznak a műveletben és a találmány szerinti készülék jellemzőinek a megtartásában. A készülék alkalmas nagy felületek készítésére, amely annak tudható be, hogy az ALE eljárás önstabilizáló növesztési sebességét ténylegesen alkalmazzuk. 2 I ' * A találmány szerinti eljárásnak bizonyos előfeltételei vannak a használandó anyagok alakját illetően, amely annak köszönhető, hogy bizonyos „légmozgásokat” kell fenntartani gyors művelet megvalósítása érdekében. Az ideális anyagok a sima felülettel rendelkező síklapok, így például az üveglapok és hasonló lapok. Az ALE eljárás műveleti sajátosságai lehetővé teszik meghatározott rétegszerkezetek és telítés elérését, és ilyen termékek könnyen kaphatók a találmány szerinti eljárással. Egyetlen felületi reakciólépésben alkalmazott reaktív gőz olyan komponenseket tartalmazhat, amelyek képesek reagálni a növesztendő felülettel, de nem kell olyan komponenseket tartalmaznia, amelyek egymással reagálnak és bizonyos szilárd állapotú vegyidet alakul ki a felületnövesztő hőmérsékleten. Például egy bázisos ZnS-t módosíthatunk oly módon, hogy kis mennyiségű MnCl2 gőzt adagolunk a ZnCl 2 reakciólépésben. Az MnCl2 és a ZnCl2 nem reagál egymással, de ezek egyike reakcióba lép a szilárd kénfelülettel és ZnS-el átitatott Mn keletkezik. Kevert vegyületeket hasonló módon készíthetünk, például CdCl2 gőzt adunk ZnCl2-ben keletkező ZnS-hez és így ZnxCd!.xS film képződik. Megfelelő átalakítás vagy elegyítés történhet a VI. csoportbeli vagy más csoportbeli elemekkel. A találmány szerinti eljárásnak megfelelő ALE típusú növesztés azon a felismerésen alapul, hogy az egymással reagálni képes gőzöknek az olyan anyag felületének hőmérsékletén, amely azonos hőmérsékleten, a szilárd állapotú reakciótermékben keletkezik, egymás közötti reakciói megelőzhetők a gázfázisú közeg vagy vivőgáz segítségével kialakított diffúziós gátak segítségével. A gázfázisú közeg valamely, a növekvő felülettel szemben közömbös gáz lehet. Bizonyos másodlagos befolyások, mint például katalitikus vagy gátlóhatások és felületi reakciómaradékátvitelek, előfordulhatnak. A találmány szerinti eljárás előnyös foganatosítási módjait a rajzok kapcsán írjuk le, ahol az 1. ábra az Ax és By reaktív gőzimpulzusokat és az ilyen impulzusok közötti V diffúziós gátakat ábrázolja, a 2. ábra a találmány szerinti eljárás foganatosítására szolgáló változat vázlatos metszete, a 3. ábra a 2. ábra III—III vonala mentén készített keresztmetszet, a 4. ábra a találmány szerinti eljárással kapott önstabilizáló növesztési sebességet mutatja a technika állásával összehasonlítva, az 5. ábra olyan jellegzetes mágneses szelepet ábrázol, amelyet reaktív gőzimpulzus-forrás létesítésére használunk a találmány szerinti eljárásnak megfelelően, a 6. ábra valamely, a találmány szerinti eljárásnak megfelelő reaktív gőzimpulzus-forrás kiviteli alakjának vázlatos bemutatása, a 7. ábra a 6. ábrával analóg egyszerűsített áramkör rajza, a 8. ábra a találmány szerinti eljárás foganatosítására szolgáló más készülék kiviteli alakjának a vázlatos függőleges szakasza, a 9. ábra, amely a 9A-9C. ábrákból áll, a 8. ábra keresztmetszeti rajzait szemlélteti a IXA-IXA, IXB—IXB és a IXC—IXC vonal mentén, a 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
