11.6.6. Дефекты в эпитаксиальных структурах

Основными дефектами, возникающими в эпитаксиальных пленках при их росте являются дислокации и дефекты упа­ковки.

О совершенстве структуры пленки можно судить по фи­гурам и ямкам травления на поверхности контрольного об­разца, а также по величине подвижности носителей заряда, которая при определенных концентрации примеси и темпе­ратуре зависит от плотности дефектов. Плотность дефектов определяется как число дефектов на 1 см² поверхности от­дельно для дефектов упаковки (фигуры травления) и дисло­каций (ямки травления). Обычно плотность дислокаций в эпитаксиальных слоях не превышает 10³ см^-2, а плотность дефектов упаковки—10² cм^-2. Плотность дислокации в ис­ходных пластинах в соответствии с ГОСТом не должна быть более 10 см^-2.

При эпитаксиальном росте пленок воспроизводится морфо­логия подложки, поэтому дислокации, имевшиеся в пластине исходного полупроводника, наследуются эпитаксиальной плен­кой. Плотность дислокаций максимальна на границе раздела эпитаксиального слоя и подложки. Для получения слоев с малой плотностью дислокаций требуются тщательная меха­ническая обработка, очистка поверхности пластин, химичес­кое жидкостное или газовое травление.

Одной из причин образования дислокаций в эпитаксиальных слоях являются также термические и механические на­пряжения, возникающие на различных стадиях обработки структур. Механические напряжения возникают при значи­тельном различии параметров кристаллической решетки и концентрации легирующей примеси в подложке и растущем слое. Так, например, при введении в кремний атомов бора или фосфора, имеющих ковалентные радиусы меньшие, чем у атомов кремния, параметры решетки уменьшаются. При введении атомов сурьмы с большим ковалентным радиусом наблюдается обратный эффект. В процессе наращивания эпитаксиального слоя возникают напряжения, структура изгибается и генерируются дислокации поверхности раздела. Образование дислокаций поверхности раздела исключается применением легирования эпитаксиального слоя двумя приме­сями, ковалентный радиус одной из которых больше, чем у кремния, а у другой—меньше. В этом случае, постоянную решетки эпитаксиального слоя можно приблизить к постоян­ной решетки подложки. Рост монокристаллического эпитаксиального слоя состоит из зарождения центров кристаллиза­ции, присоединения атомов к этим центрам, бокового роста и соединения отдельных плоских образований в единое целое. Если какой-либо атом выдвигается из своего слоя, то он слу­жит исходной точкой развития дефекта упаковки, ибо окру­жающие его атомы в процессе последующего роста также будут сдвинуты относительно моноатомных слоев всего объема.

Дефекты упаковки на поверхности эпитаксиального слоя образуют плоские фигуры: равносторонние и равнобедрен­ные треугольники, квадраты, прямые линии, незамкнутые тре­угольники и квадраты. Форма дефектов упаковки зависит от кристаллографической ориентации эпитаксиального слоя. Например, в слоях, которые выращены на подложках, ориен­тированных в плоскости (111), дефекты упаковки проявля­ются в виде равносторонних треугольников и отдельных углов. На слоях с ориентацией (110) возникают равнобедренные тре­угольники, на плоскости (100)—квадраты и их комбинации.