1.3 Взаимосвязь условий формирования эпитаксиальных слоев и их структурного совершенства.

Наиболее чувствительным параметром, отражающим отклонение режимов процесса газофазной эпитаксии от оптимальных является микроморфология поверхности получаемых автоэпитаксиальных слоев [2,3,13].

Морфология поверхности позволяет оценить влияние многочисленных факторов на процессы роста, выяснить механизм кристаллизации и причины возникновения дефектов. Она служит наиболее чувствительным индикатором условий роста эпитаксиальных слоев, позволяя оценить роль отдельных параметров кристаллизации и их воздействие.

По природе возникновения дефекты кристаллической структуры в эпитаксиальных слоях кремния можно разделить на четыре группы [2,3].

• 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, выращиваемого из расплава, эпитаксиальный слой растет из газовой фазы. Это ведет к различию концентраций неконтролируемых примесей, создающих расхождение 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, трипирамиды, поликристалличес-кие включения;

• Дефекты четвертой группы вызываются загрязнениями подложки. Загрязнения на поверхности подложки приводят также к возникновения 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 соотношение скоростей элементарных стадий процесса, протекающих на границе раздела фаз.

Увеличение плотности компоновки элементов ИС, уменьшение площади занимаемой изоляцией между приборами и их активными областями требуют кардинального перехода к полной диэлектрической изоляции, к поиску новых решений проблем формирования трехмерных структур, в том числе и структур "кремний на диэлектрике" .

Промышленные методы получения автоэпитаксиальных слоев кремния основаны на реакционной конденсации кремния из газовой фазы, на его водородном восстановлении из хлоридов кремния. Поскольку исходные реагенты находятся в газовой фазе в виде молекулярных, ионных пучков, в виде парогазовой смеси (ПГС), а продукты их взаимодействия в твердой , то, следовательно, процесс протекает на границе раздела фаз, и является гетерогенным. К общим закономерностям гетерогенных реакций можно отнести наличие следующих элементарных стадий :

1 - доставка реагирующих веществ к поверхности раздела путем молекулярной или конвективной диффузии;

2 - физическая или химическая адсорбция реагирующих веществ;

3 - взаимодействие адсорбированных частиц на поверхности и образование продуктов реакции;

4 - десорбция продуктов реакции с поверхности и удаление их в газовую фазу.

В гетерогенном процессе таким образом можно выделить диффузионную и кинетическую (адсорбционная + химическая) стадии, и суммарная скорость гетерогенного процесса будет определяться наиболее медленной (лимитирующей) стадией.