Файл: Дорфман В.Ф. Газофазная микрометаллургия полупроводников [Текст] 1974. - 190 с.pdf

Рис. 24. Ячеистая поверхность эпитаксиального слоя фосфида гал­ лия, полученного иодидным методом '(давление 3 ат, температура кристаллизации ,1020°С, толщина слоя 430 мкм, скорость роста 860 «км/ч, -плоскость (М-1) л). ХЮО

107

дит к торможению движения. С другой стороны, в газо­ вой фазе имеются по крайней мере два типа нѳкристаллизующпхся соединений (исходные реагенты и конечные продукты). Логично предположить, что массоотвод этих продуктов от фронта кристаллизации эквивалентен теп­ лоотводу при росте из расплава. В таком случае отме­ ченные аналогии в формировании рельефа легко объяс­ няются.

Другой класс явлений, характерных для кристаллиза­

газовой фазы.Первый можетбыть в значительной мере скомпенсирован сознательным выбором базовой плоско­ сти с высокими индексами Миллера (вероятно, наиболее удобны плоскости с максимальной плотностью ступеней, которые менее чувствительны к колебаниям условий

•кристаллизации). Второй фактор требует очень точного регулирования параметров процесса.

В отличие от кристаллизации из расплава, где мас­ сивный кристалл разрезается затем на заготовки, в про-

108

цессах ГМ П получаются готовые полупроводниковые структуры. Поэтому требования к планарности здесь очень жестки, что определяет важность 'проблемы форм роста и морфологической стабильности.

ГРАНИЧНЫЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ ПРИ ГЕТЕРОЭПИТАКСИАЛЬНОМ РОСТЕ

Я-вление гетероэплтаіксии относится кнаиболеесложны,м и малоисследованным вопросам кристаллизации как с точки зрения природы сил, вызывающих взаимное ори­ ентированное нарастание различных веществ, так и в от­ ношении -кинетики и механизма этого явления. Более простые случаи реализуются, когда имеется геометричес­ кое соответствие срастающихся решеток в плоскостях границы раздела. Это возможно для веществ либо с

109

Рис. 27. Отклонение плоскости роста от ориентации подложки (Гер­ маний, иод'иднып метод):

ПО

близкими параметрами решетки, хотя и не обязательно с одинаковой структурой, .например для {110} Si—-(.1120) АІгОз, либо при определенном сочетании параметров и упругих постоянных решеток (псевдоморфизм в системе Си —N1 [178— 181]), а также при образовании погранич­ ного слои химического соединения, выполняющаго функ­ ции структурного сопряжения решеток (система A g —

—NaCl [182, 183]). Вполне понятно, что буквальное рас­ пространение какого-либо из этих принципов на явление эпитаксии в целом оказывается несостоятельным (фунда­ ментальные обзоры ранних работ по механизму эпитак­ сии ом. в [79] и [і184]). Однако структурно-геометричес­ кий анализ весьма полезен при выборе оптимальных ори­ ентаций подложки (см. например [185]).

Общим для всех процессов гетероэпитакспп представ­ ляется существование переходной пограничной области. Целесообразно различать три вида переходных явлений:

1)пограничный слой, перемещающийся вместе с фронтом кристаллизации, и отличающийся по своему хи­ мическому составу от растущего кристалла и подложки;

2)пограничный слой кристаллизуемого вещества с

искаженной кристаллической структурой, переходящей к нормальному состоянию, когда пленка достигает опреде­ ленной толщины;

3) устойчивый переходный слой на границе раздела с подложкой, который отличается по своему составу и (или) структуре от кристалла и подложки.

Структурно-метастабильные образования на границе іраздела кристалл •— газовая фаза могут быть связаны с /малым размером зародышей (см. стр. 105) несллоішность'Ю или малой толщиной эпитаксиального слоя на ран­ них стадиях кристаллизации. Устойчивое структурное разупорядочение на границе раздела будет кратко рас­ смотрено ниже.

Здесь мы остановимся только на таких граничных яв­ лениях, которые связаны с образованием индивидуаль­ ного по своему химическому составу слоя у фронта крис­ таллизации или на границе раздела с подложкой. Поми­ мо хемосорбции молекул, участвующих в основной ре­ акции (см. стр. 95), здесь возможны два случая:

'1. Взаимодействие кристаллизуемого вещества с при­ месями (в число которых могут входить отдельные ком­ поненты основного вещества, присутствующие в сверхстехиометрнческпх количествах). В результате образует­

111

ся переходный слой химических соединений пли сплава у фронта кристаллизации. Поскольку образование твер­ дой фазы на поверхности обычно блокирует рост, инте­ рес представляет только случай образования жидкофаз­ ного слоя.

2. Взаимодействие кристаллизуемого вещества с под­ ложкой. В результате образуется переходный слой хими­ ческих соединений пли сплавов переменного состава. Здесь, напротив, интересны только случаи образования твердой фазы, так как жидкая фаза нарушает эпитак­ сиальный характер роста (при так называемой реотаксни [15] ориентированный рост достигается за счет низ­ кой плотности зародышей и, очевидно, не относится к явлениям эпитаксии как таковой).

Переходные явления в области границы раздела с подложкой

Если подложка инертна по отношению к газовой сре­ де, а скорость объемной диффузии невелика, ширина пе­ реходной области может быть очень мала — порядка од­ ного или нескольких параметров решетки. Такую резкую границу можно рассматривать как «поверхностное» хи­ мическое соединение атомов подложки и кристалла. А к­ тивную роль поверхностных соединений этого типа впер­ вые отметил Энгел [182, 183]. Даже качественный ана­ лиз характера химических связей в области границы раз­

подложка и кристалл образуют сплошную решетку типа цинковой обманки, слегка деформируемую при переходе через границу раздела; однако в определенных условиях связь В —В становится возможной, и тогда возникают

полярные двойники (111) — (111) [45]. Важно, что обра­ зование химической связи подложка — кристалл проис­ ходит в необратимых условиях и поэтому зависит от ме­ ханизма физико-химических процессов в хемосорбционном слое, а следовательно, от состава и давления газо­ вой фазы, скорости роста и температуры. Таким обра­ зом, изменяя метод (например, хлоридный, иодидный или гидридный) или режим кристаллизации, можно

112