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

Специальные исследования, посвященные анализу фазовых диаграмм в применении к эпитаксии, проведены Ханссеном [187] и в работах Ю. Д . Чистякова [30] и [143, с. 258]. Не подлежит сомнению, что наряду со структурно-геометрическим соответствием, требования, определяемые характером диаграмм фазового состояния, должны учитываться при выборе гетероэпитаксиальных пар и условий кристаллизации. Необходимо отметить, од­ нако, что, как и в случае химического взаимодействия кристалла и подложки, свойства вещества в тонких пе-

О

реходных слоях (~ 10— 1000 А) могут быть весьма от­ личны от объемных, особенно если учесть необратимый характер большинства процессов гетерозпитаксиальиого наращивания. Этот вопрос еще мало исследован.

Образование жидкого слоя на поверхности растущего кристалла

Впервые образование мпкрокапель жидкой фазы при кристаллизации из газовой фазы обнаружили Вагнер и Эллис, исследуя рост внскеров [188]. Этот механизм по­

кая фаза представляет собой эвтектический сплав полупроводиннкового элемента (например, германия) с ме­ таллом (например, золотом). В сравнительно короткий

роста многих полупроводников, а также тугоплавких ме­

меси, образующей легкоплавкую эвтектику, играл избы­ ток галлия [189]. Позже этот процесс был применен для

персный характер жидкой фазы (за исключением работ, где использовался очень толстый жидкий слой). Совер­ шенно иной подход к проблеме V L S -механизма предло­ жен Ю . Д . Чистяковым. В его работах [30; 143, с. 258] выдвинуто предположение, что при кристаллизации из газовой фазы на поверхности растущего кристалла, как правило, имеется тонкий сплошной слой жидкой фазы,

114

например, расплавленных соединений, образующихся на основе кристаллизуемого вещества и кислорода, следы которого присутствуют в газовой фазе. Поскольку состав и фазовое состояние окисла зависят от предварительной обработки подложки в газовой фазе, предлагается спе­ циальный режим начального периода кристаллизации. Ю .Д . Чистяков предполагает также наличие разности по­ тенциалов между внешней и внутренней поверхностями жидкого слоя, что увеличивает скорость массопотока к поверхности растущего кристалла и может служить ос­ новой для разработки методов управляемого эпитак­ сиального роста.

Современные теоретические представления и техни­ ческий уровень экспериментальных исследований не по­ зволяют точно определить место, занимаемое этим явле­ нием среди других механизмов эпитаксии. Но в качестве рабочей гипотезы представления, развиваемые Ю . Д . Чистяковым, оказались весьма плодотворными и позволи­ ли найти ряд эффективных технологических приемов и методов [30]. Очевидно, что использование данной гипо­ тезы в этом направлении весьма перспективно. В част­ ности, стеклообразный слой может, по-видимому, выпол­ нять защитные функции, изолируя поверхность растуще­ го кристалла от внешней среды. Можно надеяться, что будут найдены методы формирования такого стеклооб­ разного слоя, который снизит требования к чистоте га­ зовой фазы и таким образом облегчит осуществление непрерывных автоматизированных процессов ГМ П .

Ö заключение этого раздела отметим, что важнейшей проблемой V L S -кристаллизацип является исследование детального механизма химических реакций на поверхно­ сти кристалла, покрытой очень тонким слоем жидкой фа­ зы, причем фазовое состояние таких слоев нуждается в самостоятельном определении. Скорость роста вискеров по V L S -механизму в некоторых процессах столь велика, что это не можбт быть объяснено одной лишыштенсифнкацией массообмена в газовой или жидкой фазах. Дейст­ вительно, увеличение скорости химической реакции может быть достигнуто либо путем увеличения эффективной плотности активных центров катализатора, либо сниже­ нием высоты активационного барьера. Нам представля­ ется весьма вероятным, что катализатором служит не только поверхность, но и объем жидкой фазы, т. е. моле­ кулы исходных реагентов растворяются и диссоциируют

115

в жидком слое. Однако пока не выполнены специальные исследования в этой области, такое предположение оста­ ется одной из многих возможных гипотез.

СПЕЦИФИЧЕСКИЕ ФОРМЫ НЕСОВЕРШЕНСТВА СЛОЕВ И КРИСТАЛЛОВ, ПОЛУЧАЕМЫХ ИЗ ГАЗОВОЙ ФАЗЫ

В мировой литературе имеется несколько сот публи­ каций, спецально или косвенно затрагивающих пробле­ му дефектности эпитаксиальных слоев и кристаллов, по­ лучаемых из газовой фазы. Не претендуя на полноту из­ ложения, кратко отметим такие формы несовершенства, которые наиболее тесно связаны с особенностями меха­ низма .кристаллизации из газовой фазы.

Неоднородное распределение дислокаций

Электрические свойства эпитаксиальных слоев и при­ боров на их основе существенно зависят от характера распределения дислокаций и в гораздо меньшей степе­

ные пучки [>190]. Это связано о неоднородностью рас­ пределения примесей и мвкроплазменным пробоем в та­ ких слоях.

Можно выделить следующие характерные формы не­ однородного распределения дислокаций в эпитаксиаль­ ных структурах.

ІІ. Двумерная сетка дислокаций в плоскости границы

сиальный слой. Образование этих так называемых дис­ локаций несоответствия связано -с разностью парамет­ ров решеток кристалла и подложки, что при гетероэпи­ таксии всегда имеет место в той или иной степени, а при гомоили автоэпитакспи может быть вызвано различны-

116

мм уровнями легирования Или Отклонением от стехиомет­ рического состава подложки и кристалла. Широкая пе­ реходная область этого типа описана в работах Л. Н. Александрова [143, с.24] и Стюарта [192]; исследование факторов, которые влияют на структуру переходной об­ ласти, содержащей двумерную сетку и дислокации несо­ ответствия, проведено авторами [153]. Заметим, что дис­ локации несоответствия характерны для гетероструктур

локаций в слое. Образование этих пучков связано глав­ ным образом с наличием окнсных островков или других загрязнений подложки [1,94].

Последние два типа несовершенств имеют близкое про­ исхождение, и эффективным средством их устранения служит предварительное газовое травление подложки «in situ», т. е. непосредственно в реакторе.

Относительно происхождения двумерной сетки пока высказаны не вполне убедительные гипотезы. Средства устранения несовершенств этого типа могут быть раз­ работаны только после детального исследования меха­ низма его образования. Дислокации несоответствия, связанные с нарушением стехиометрии сложных полу­ проводников, могут быть устранены, если кристаллиза­ ция проводится при введении компенсирующего избытка соответствующего компонента в газовую фазу. Весьма интересно, что при ростев полярных,направлениях {441} распределение дислокаций несоответствия асиммет­ рично— они распространяются преимущественно в под­ ложку іпри кристаллизации на плоскости (111) л и пре­ имущественно в слой — при кристаллизации на плос­ кость (1 ІІД ь Это явление связано с особенностями ме­

117