double arrow

Дислокации в эпитаксиальных слоях

Дефекты эпитаксиальных структур.

Несмотря на высокое качество эпитаксиальных структур, им свойственны некоторые типы дефектов, которые образуются в процессе роста эпитаксиальных пленок и которые могут оказывать влияние на свойства эпитаксиальных структур и, соответственно, на свойства полупроводниковых приборов на их основе.

При эпитаксиальном росте пленок воспроизводится кристаллическая структура подложки, поэтому дислокации, имевшиеся в материале подложки, переходят в эпитаксиальный слой. При этом плотность дислокаций в слое обычно превышает плотность дислокаций в подложке. Это обусловлено тем, что область на границе подложки и эпитаксиального слоя имеет определенное количество примесей, загрязнений, дефектов поверхности, влияющих на совершенство растущего слоя и являющихся источником образования дислокаций.

Если для выращивания эпитаксиального слоя используют бездислокационные подложки, а поверхность их тщательно очищена, то генерация дислокаций и в этом случае может иметь место из-за термических и механических напряжений, возникающих в структуре на различных стадиях ее тепловой обработки.

Механические напряжения возникают при значительном различии в концентрации легирующих примесей в материале подложки и в материале эпитаксиального слоя. Эти различия приводят к различию параметров кристаллической решетки подложки и слоя и, в конечном счете, к возникновению механических напряжений. Когда механические напряжения при росте толщины эпитаксиальной пленки достигают некоторого критического значения, начинают генерироваться дислокации, которые называют дислокациями поверхности раздела. Дислокации такого рода могут быть исключены, если полупроводник легируют примесями двух типов - одна из которых увеличивает параметр кристаллической решетки полупроводника, а вторая - уменьшает параметр кристаллической решетки. Реально атомы этих легирующих примесей должны иметь ковалентные радиусы соответственно больше и меньше ковалентного радиуса атомов основы полупроводниковой структуры, например, кремния.

Примесные атомы, находящиеся в кристалле, в частности в эпитаксиальном слое, стягиваются вокруг дислокаций, образуя так называемую атмосферу Котрелла. Это приводит к образованию микронеоднородностей в полупроводнике.

Дефекты упаковки.

Рост монокристаллического эпитаксиального слоя происходит на центрах кристаллизации. Образующиеся элементы структуры прорастают вбок, соединяются, на вновь образованном слое формируются новые центры кристаллизации и процесс продолжается в новом цикле. Если какой либо атом растущей структуры немного сдвигается от своего нормального положения, то он будет центром роста так называемого дефекта упаковки, так как окружающие его атомы в процессе роста также будут сдвинуты относительно предыдущих слоев структуры. Дефекты упаковки обычно образуют на поверхности растущего слоя правильные геометрические структуры в виде квадратов, треугольников, прямых линий и т.д. Форма этих фигур зависит от кристаллографической ориентации поверхности подложки.

Линии скольжения.

Причина появления данного типа дефектов эпитаксиальных слоев - термические упругие напряжения, возникающие в процессе роста пленок из-за неоднородного распределения температуры в растущем слое по его толщине и площади. При температурах выращивания упругие напряжения генерируют дислокации, миграция которых сопровождается пластическим течением кристалла и образованием линий скольжения. Если при росте кристалла на поверхности подложки имеется ступенька, то при росте эпитаксиального слоя на ней будет образовываться дефект упаковки. Данные процессы проявляются сильнее при высоких скоростях роста эпитаксиальных структур и при больших градиентах температуры.

Исходные полупроводниковые подложки имеют некоторый изгиб, который может достигать нескольких десятком микрон. При этом эпитаксиальный слой выращивают, как правило, на вогнутой поверхности, которая подвергалась механической обработке. Из-за изгиба пластины она может не плотно прилегать своей поверхностью к нагревателю. Кроме того, из-за различия теплоотдачи в центре и с краев пластины возникает перепад температур по ее поверхности. Эти причины и способствуют возникновению линий скольжения в эпитаксиальных пленках.

ЛЕКЦИЯ 13. ТЕХНОЛОГИИ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЛЕНОК.


Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  



Сейчас читают про: