Файл: Кристаллизация тугоплавких металлов из газовой фазы..pdf

осаждения, трудность нанесения материалов, диссоциирующих в вакууме и трудности нанесения покрытий на изделия сложной конфигурации.

В последние годы все большее распространение в различных . областях современной техники получает метод осаждения ме­ таллических и неметаллических материалов из газовой фазы,, сопровождающийся химической реакцией [17, 114, 340]. Не­ смотря на то, что метод осаждения из газовой фазы был изве­ стен еще в конце XIX столетия (Лодыгин, Монд), а в тридцатых, годах нашего столетия получил промышленное использование в производстве чистых металлов (Zr, Ш, Ті), лишь совсем не­ давно он стал применяться для получения защитных покрытий и формирования изделий. Метод этот носит различные названия (осаждение из газовой фазы, парогазовое осаждение, химиче­ ское осаждение из газовой фазы и т. п.), в той или иной мере отражающие сущность метода. Наиболее удачным авторы ра­ боты [231] считают термин «осаждение из газовой фазы с ис-. пользованием химической реакции». Подготовительный комитет конференции по химическому осаждению из газовой фазы туго­ плавких металлов, сплавов и соединений [341] принял для этого--

метода термин «Chemical Vapor Deposition», который в настоя­ щее время в США является общепринятым.

Для определения этих процессов Шефталь [114] предлагает именовать процесс «кристаллизация из газовой фазы с участием химической реакции». Этот термин следует признать наиболее приемлемым и отражающим физическую сущность протекаю­ щих процессов. Вероятно, равнозначным данному является так­

а также так называемое диффузионное насыщение из газовой фазы, включающее осаждение таких элементов, как Si, В, С, А1 и др. [70, 313], по одной из приведенных реакций и последую­ щую диффузию их с образованием на покрываемой поверхности тугоплавких соединений.

9-

Общим для всех этих методов является то, что к нагретой поверхности поступают пары легколетучего соединения металла и в результате химической реакции на покрываемой поверхно­ сти образуется покрытие заданного состава. Остальные продук­ ты реакции находятся в газообразном состоянии и либо удаля­ ются из реакционной системы, либо поступают в зону образо­ вания металлсодержащего соединения. Принято различать две разновидности метода химической кристаллизации из газовой фазы [114, 187J — реакции переноса и парофазные реакции.

Реакции переноса могут быть осуществлены либо в запаян­ ной ампуле (закрытый способ), либо в проточной системе (от­ крытый способ). С точки зрения процессов кристаллизации, про­ текающих на покрываемой поверхности, эти способы по суще­ ству тождественны.

Особенностью кристаллизации из газовой фазы в закрытом способе [69, 132, 352] является то, что небольшим количеством транспортирующего агента-растворителя может быть перенесено

•большое количество осаждаемого материала. В качестве раст­ ворителей используют галогены, чаще всего иод, а также серу, селен, теллур, мышьяк, фосфор и другие металлоиды и их со­ единения с водородом. В зоне низкой температуры образуются пары соединения элемента, порошок (стружка) которого нахо­ дится в реакционной ампуле, диффундирующие к нагретой подложке, где происходит осаждение материала. Освобождаю­ щийся металлоид-растворитель диффундирует в зону источника и переносит новые порции элемента.

Для открытого способа реакций переноса [61, 377] характер­ но одностороннее направление газового потока, удаляемого из реакционной системы вместе с продуктами реакции после кри­ сталлизации вещества. Химические транспортные реакции пере­ носа находят широкое применение при очистке различных ма­ териалов [17, 145, 197, 223]. Многими исследованиями показано, что при этом можно получать монокристаллические слои, обла­ дающие высокой степенью совершенства, поэтому химические транспортные реакции успешно используют для получения полу­ проводниковых слоев (Si, Ge, Ga, As, GaP, GaAs и др.) в микро­ электронике [127, 362].

Однако способ транспортных реакций переноса, особенно за­ крытый вариант, обладает недостатками, ограничивающими ши­ рокое применение его при нанесении защитных тугоплавких по­ крытий [114, 308]. Процессы в закрытом сосуде обладают огра­ ниченной производительностью, так как скорость осаждения здесь значительно ниже. Конструкция системы обычно 'не поз­ воляет производить ее очистку или убирать неразложившиеся и газообразные продукты реакции. Такие системы почти всегда содержат загрязнения от заглушек и уплотнителей. Очень слож­ но в этом случае контролировать чистоту газов и распределение температуры, а следовательно, и осуществлять надежный конт­

10

12