5.6. Дефекты эпитаксиальных слоёв
Плотность кристаллических дефектов в эпитаксиальных слоях, как правило, выше, чем в подложке. Структурное совершенство эпитаксиальных слоёв определяется степенью очистки газов (реагентов и носителей), состоянием поверхности подложек, кристаллографическими соотношениями и химическими особенностями границ раздела. Наиболее часто встречающиеся дефекты эпитаксиальных слов представлены на рис. 5.18. Основными дефектами эпитаксиальных слоёв являются дислокации и дефекты упаковки.
Дислокациями называют дефекты кристаллической структуры, возникающими под воздействием механических напряжений. Различают линейные (краевые) и винтовые дислокации.
Причиной возникновения линейных дислокаций в эпитаксиальных слоях являются термомеханические напряжения, обусловленные градиентами температур, качеством механической обработки подложек, а также совершенством их структуры.
Дислокации несоответствия возникают в гетероэпитаксиальных структурах, а также в гомоэпитаксиальных структурах со скрытыми сильнолегированными областями, где источниками напряжений служат несоответствие постоянных кристаллической решетки подложки и формируемого слоя (рис. 5.13, а).
Для устранения температурных градиентов применяют «мягкие режимы» термообработки, используют специальные конструкции печей, а также нагрев пластин ИК – излучением. Одним из способов уменьшения концентрации дислокаций несоответствия является одновременное введение электрически нейтральной или электрически активной примеси, атомы которой имеют соответствующий радиус для компенсации напряжений.
|
Рис. 5.18. Схематичное изображение различных видов дефектов в эпитаксиальных слоях: 1 – линейные (краевые) дислокации, первоначально присутствовавшие в подложке и затем проросшие в эпитаксиальный слой; 2 – эпитаксиальные дефекты упаковки, зародившиеся на примесных преципитатах на поверхности подложки; 3 – примесные преципитаты, возникшие во время роста эпитаксиального слоя; 4 – бугорки роста; 5 – дефекты упаковки, образовавшиеся в объеме подложки и пересекающие ее поверхность, проросшие в эпитаксиальный слой
|
Дефектами упаковки называют планарные кристаллографические дефекты, образующиеся при искажении в упаковке атомных слоев. Большая часть эпитаксиальных дефектов упаковки (ЭДУ) возникает на месте границы раздела подложки с эпитаксиальным слоем. Если на поверхности подложки существует нарушение регулярности, то оно может служить и центром кристаллизации, и причиной нарушения укладки атомов в должном порядке упаковки. Когда сходятся границы правильно и неправильно упакованных участков, образуется разрыв кристаллической структуры. Даже если последующие слои будут идти с правильной упаковкой, то слои атомов над плоскостями, которые начали расти неправильно, будут не согласованы со слоями, образовавшимися над правильными центрами кристаллизации. Источником зарождения ЭДУ могут быть: микродефекты; механические примеси металлов; органические загрязнения; остатки оксидной пленки; наличие загрязнений в атмосфере реактора.
Таким образом, причиной появления ЭДУ является неудовлетворительная очистка поверхности подложек и отклонения от оптимальных условий процесса эпитаксиального роста.