Дефекты эпитаксиального слоя

Дислокации несоответствия возникают на границе эпитаксиальный слой–подложка при высоких относительных деформациях (e > 10^–4), когда напряжения несоответствия превышают критические (s_кр » 10⁹ дн/см² для Si при температуре 1000 °C). Дислокации несоответствия могут прорастать в эпитаксиальный слой, ухудшая его качество, приводят к утечкам эпитаксиальных р–n-переходов и поэтому являются нежелательными. Для предотвращения дислокаций несоответствия принимают следующие меры:

– при гетероэпитаксии подбирают материалы эпитаксиального слоя и подложки с близкими постоянными решетки;

– вводят буферный слой между эпитаксиальным слоем и подложкой с плавно изменяющейся постоянной решетки;

– при легировании гомоэпитаксиального слоя выбирают примеси, слабо деформирующие решётку;

– проводят выращивание эпитаксиального слоя при пониженных температурах, когда критические напряжения велики.

Эпитаксиальные дефекты упаковки, двойники и трипирамиды являются специфичными для эпитак-сии кристаллографическими дефек-тами (рис. 4.12). Они возникают при нарушениях границы раздела эпитак-сиальный слой–подложка. Такими нарушениями являются: дефекты ме-ханической обработки подложки (риски, царапины), кристаллографи-ческие дефекты подложки (дислока-ции, преципитаты, микродефекты), остаточные органические или неорга-нические плёнки, адсорбированные слои, инородные частицы, пылинки и другие загрязнения.

Для удаления подобных нарушений перед процессом эпитаксии подложки подвергают высокотемпературному отжигу в восстановительной среде водорода или полирующему газовому травлению в хлористом водороде. Необходима тщательная очистка газов от микрочастиц и остатков влаги.
Подложки для эпитаксии должны быть бездислокационными и не содержать преципитаты примесей и ростовые микродефекты.

Линии скольжения (рис. 4.13) образуются в эпитаксиальных структурах вследствие термонапряжений, возникающих при неравномерном нагревании–охлаждении. Величина термонапряжений определяется раз-ностью температур DT между центральными и периферийными областями эпитаксиальной структуры,

s = EaDT,

где a – коэффициент термического расширения материала подложки.

Для уменьшения термонапряжений и предотврашения образования линий скольжения необходима реализация достаточно медленного нагрева подложек в начале эпитаксиального процесса и охлаждения эпитаксиальных структур в конце процесса. Уменьшения термонапряжений удаётся также достичь с помощью специальной формы лунок на пьедестале для эпитаксии.

Поликристаллический рост наблюдается при больших скоростях роста эпитаксиального слоя (U > U_max). Величина максимальной скорости эпитаксиального роста U_max является аррениусовской функцией температуры (рис. 4.14) с энергией активации, равной энергии самодиффузии (E_sd = 5 эВ). Причиной поликристаллического роста является уменьшение времени для поверхностной миграции, когда атомы кремния не успевают промигрировать к кристаллографически наиболее благоприятному месту на поверхности подложки и захватываются другими зародышами, число которых увеличивается с ростом пересыщения.

ДИФФУЗИЯ