– откачка инертного газа из камеры вплоть до вакуума (для обеспечения посте-

пенного увеличения скорости роста до нескольких миллиметров в час).

В качестве затравок использовались мо-

нокристаллы Лели, а в качестве источника– поликристаллический карбид кремния, предварительно синтезированный из кремния и углерода полупроводниковой чистоты.

Получение SiC на инородной подложке

Гетероэпитаксия карбида кремния на кремнии

Максимальный размер коммерчески доступных подложек карбида кремния гексагональных модификаций4H и 6H в настоящее время ограничен 4 дюймами, а стоимость их на несколько порядков превышает стоимость кремниевых подложек. Гетероэпитаксия карбида кремния на кремниевые подложки существенно удешевляет процессы создания приборов. Однако при эпитаксии на кремнии росту качественных монокристаллических слоев кубического(3С) карбида кремния препятствуют рассогласование периодов кристаллических решеток кремния и карбида кремния, составляющее порядка 20 %, и различие температурных коэффициентов линейного расширения (~8 %). Для минимизации механических напряжений, вызванных этими факторами, и улучшения кристаллического совершенства растущего слоя необходимо создать на поверхности кремниевой подложки тонкий буферный слой. В большинстве работ, посвященных эпитаксии 3С-SiC на Si, буферный слой создают методом карбидизации. Процесс кар-

бидизации заключается в обработке поверхности кремниевой -под ложки углеродсодержащими газообразными компонентами при температуре 1000 ºС и более. Однако монокристаллические слои 3С-SiC, полученные таким образом, не свободны от структурных дефектов и механических напряжений. Важной проблемой является исследова-

59

ние возможности использования в качестве буфера нанопористого слоя, который играет роль «мягкой» подложки и способствует эффективной релаксации механических напряжений.

Несмотря на перспективы применения кубического карбида кремния для создания приборов электронной и микросистемной техники, промышленного оборудования дляCVD-эпитаксии 3С-SiC на кремниевые подложки в России нет. Отсутствие оборудования для эпитаксиального роста, обеспечивающего возможность проведения процесса при высоких температурах (до 1400 ºС), препятствует развитию производства структур 3С-SiC/Si, которые представляют определенный интерес и для оптоэлектроники при использовании гетерокомпозиции SiC/Si в качестве монокристаллической подложки для осаждения слоев GaN, кристаллохимически и термомеханически совместимого с SiC.

СПбГЭТУ «ЛЭТИ» совместно с ЦНИИ «Электрон» (Санкт-Петер- бург) выполнил ряд исследований по разработке технологических процессов и оборудования для газофазного осаждения кубического карбида кремния на кремниевые подложки, включая отработку базовых операций подготовки их поверхности, режимов формирования буферных слоев и собственно процесса эпитаксии [7]–[9].

Показано, что минимальный уровень механических напряжений в структурах 3С-SiC/Si может быть достигнут путем использования подложек с нанопористым кремнием при проведении процесса в интервале температур 1350–1370 ºС

Предложен способ создания гетеростуктур n-3C-SiC/p-Si с улучшенными электрофизическими характеристиками, включающий формирование нанопористого слоя в подложке без использования электрохимического травления и последующую карбидизацию поверхности перед проведением процесса эпитаксии.

Определены закономерности, связывающие степень структурного совершенства эпитаксиальных слоев 3С-SiC/Si с температурой процесса, концентрацией ростообразующих компонентов в газовой фазе и расходами газовых потоков.

Одна из возможных схем реализации реактора для эпитаксииSiC на Si методом CVD представлена на рис. 8.

60

Рис. 9. Температурно-временная диаграмма процесса газофазной эпитаксии 3С-SiC на кремниевую подложку

Эволюция структурно-морфологических изменений в зависимо-

сти от условий процесса осаждения представлена на рис. 10.

Рис. 10. Морфология и структура поверхности слоев 3C-SiC на различных временных этапах эпитаксиального роста (tроста = а – 12 мин.; б – 30 мин.; в – 50 мин.; г – 105 мин.). Температура подложкодержателя 1390 °С

62

При увеличении температуры подложки структурное совершенство слоя растет, а шероховатость его поверхности уменьшается и при температуре 1390 ºС составляет не более 40 нм.

Помимо температуры на структуру и морфологию эпитаксиального слоя влияет соотношениеSi/C в газовой фазе. На рис. 11 представлена морфология поверхности эпитаксиальных слоев, полученных при изменении соотношения Si/C в газовой фазе.

а б Рис. 11. Морфология поверхности и электронограммы слоев,

осажденных при варьировании соотношения Si/C = a – 0,15; б – 0,26. Температура подложки – 1350 ºС

Поперечное сечение гетероэпитаксиальной структуры 3С-SiC/Si, синтезированной на (100)-подложке и рентгеновская дифрактограмма (Cu-Kα, U = 35 кВ) представлены на рис. 12.

Si 400 (b)

3С-SiC

400

структуры 3С-SiC/Si (а) и рентгеновская дифрактограмма монокристаллического слоя кубического карбида кремния (б)

63