Главная | Обратная связь

Слоев и их структурных параметров

Наглядной иллюстраций механизма эпитаксии в хлоридном процессе является зависимость микроморфологии поверхности получаемых эпитаксиальных слоев от параметров процесса. Морфология поверхности позволяет оценить влияние многочисленных факторов на процессы роста, выяснить механизмы кристаллизации и причины возникновения дефектов. По природе возникновения дефекты кристаллической структуры в эпитаксиальных слоях кремния можно разделит на четыре группы.

К дефектам первой группы относятся дислокации и точечные дефекты, унаследованные от подложки. Наиболее распространенными дефектами в монокристаллическом кремнии являются краевые и винтовые дислокации. Дислокации подложки либо прорастают в эпитаксиальный слой, либо меняют направление и идут по границе между подложкой и слоем. Использование бездислокационных подложек позволяет избежать наследования дислокаций.

К дефектам второй группы относятся напряжения и дислокации несоответствия, возникающие в связи с деформацией как нарастающего слоя, так и подложки. При росте АЭС кремния несоответствия обусловлены различием условий кристаллизации подложки и эпитаксиального слоя. Подложка вырезается из кристалла, выращенного из расплава при высокой температуре, эпитаксиальный слой растет из газовой фазы при существенно более низкой температуре. Это ведет к различию концентраций неконтролируемых примесей, создающих расхождения в параметрах кристаллической решетки подложки и слоя порядка тысячных долей ангстрема. Такие малые несоответствия приводят, однако, к большим напряжениям, которые частично снимаются дислокациями несоответствия.

Дефекты третьей группы связаны с условиями роста уже сформировавшегося слоя; в литературе их часто называют дефектами роста. К таким дефектам относятся, помимо дислокаций, дефекты упаковки, микродвойники, пирамиды, поликристаллические включения.

Дефекты четвертой группы вызываются загрязнениями подложки. Загрязнения на поверхности подложки приводят также и к возникновению дефектов упаковки, дислокаций, пирамид и т.д. При увеличении концентрации примесей на поверхности эпитаксиальный слой оказывается полностью покрытым дефектами роста и процесс эпитаксии переходит в процесс роста поликристалла.

Для выявления взаимосвязи микроморфологии эпитаксиальных слоев и условий кристаллизации, необходимо свести к минимуму факторы, обуславливающие возникновение дефектов первой, второй и четвертой групп.

В слоях, полученных на подложках, не имеющих механических повреждений, структурных дефектов или поверхностных примесных включений, главным фактором, определяющим наличие и плотность ростовых дефектов, является механизм эпитаксии или соответствие скоростей элементарных стадий процесса, протекающих на границе раздела фаз.

Рассмотрим влияние температуры на структуру и морфологию эпитаксиальных слоев в области концентраций 0,3–0,5% (мол) SiCl₄ в водороде. При температуре ниже 1173К ориентированного нарастания из ПГС [SiCl₄ + H] не наблюдается, лишь на отдельных участках поверхности возникают аморфные выделения кремния. В интервале температур 1173-1223К появляются разрозненные, с некоторой преимущественной ориентацией, тетраэдрические элементы. Дальнейшее повышение температуры в интервале 1223–1273К приводит к появлению определенной ориентации кремния на монокристаллической подложке, степень совершенства кристаллической структуры такого наросшего слоя весьма низкая. При температуре 1273К формируются уже сплошные эпитаксиальные слои, которые имеют высокую плотность дефектов кристаллической структуры. Механизм кристаллизации в рассмотренном диапазоне температур соответствует схеме пар ® АЭС кремния. В диапазоне температур 1473–1523К происходит наращивание совершенных эпитаксиальных слоев.