www.mexanik.ru

ПРЕДИСЛОВИЕ

Общие представления о процессах эпитаксиальной (ориентированной ) кристаллизации дленок в последнее время были в значительной степени уточнены благодаря накоплению обширного экспериментального материала. Применение процессов эпитаксии в технологии полупроводниковой микроэлектроники позволило получать монокристаллические пленки германия, кремния, карбида кремния, соединений А2В6, А3В5 и различных твердых растворов в широком диапазоне свойств и изготовлять на их основе приборы и интегральные схемы. Однако количественное описание кинетики эпитаксиального роста и связи условий эпитаксии с параметрами пленок оказывается возможным лишь в простейших случаях. Особый интерес для изучения представляет начальная стадия эпитаксии, на которой происходит образование первых слоев и формируется переходная область между подложкой и остальным объемом пленки. Для уменьшения толщины переходной области, структурные и электрофизические свойства которой обычно хуже, чем самой пленки, необходимы исследования механизма зарождения и роста пленок, влияния состояния поверхности подложки и диффузии из нее, захвата примесей при росте, образования дислокаций и их динамики, влияния изменения условий в газовой фазе, внешних электрических и магнитных полей и многих других факторов. В металлических и диэлектрических пленках изменение свойств с толщиной вследствие наличия переходной области не может сказаться на существенных параметрах пленки и представляет интерес лишь в отдельных случаях (граница раздела полупроводник — диэлектрик или металл — полупроводник).

Переходная область обнаруживалась по изменению с толщиной структурного состояния (аморфное или кристаллическое), плотности дислокаций, размеров блоков, плотности дефектов упаковки, содержания примесей. В полупроврдниковых пленках наблюдается также изменение с толщиной концентрации и подвижности носителей заряда и, следовательно, проводимости, Электрофизические свойства пленок на проводящих подложках одениваются по величине пробивного напряжения или по изменению емкости в электрическом поле. Для пленок на полуизолирующих или диэлектрических подложках возможны непосредственные измерения эффекта Холла и приводимости, что в сочетании с последовательным стравливанием пленки позволяет оценить ее параметры на различном расстоянии от подложки. При этом возможны одновременные электронно-микроскопические и электронно-графические исследования поверхности на различной глубине и рентгенотопографические исследования переходной области. Полупроводниковые пленки на полупроводниковых подложках образуют двухслойную систему, в которой в зависимости от удельной проводимости и толщины пленки и подложки относительно пленки подложка оказывается изолирующей или проводящей. При близких проводимостях пленки и подложки параметры пленки могут быть вычислены по известным параметрам подложки и всей системы пленка — подложка.

Интерес к изучению переходной области полупроводниковых пленок возник в связи с разработкой методов получения тонких (до 1—2 мкм) и более толстых (до 15—20 мкм) однородных пленок с высокими параметрами. Если для толстых пленок проявление переходной области, как изменение свойств с толщиной, обусловлено неоднородностью свойств пленки по толщине, то для пленок тонких, толщина которых соизмерима с дебаевским радиусом экранирования или длиной свободного пробега носителей, необходимо учитывать возможность действия классических размерных эффектов, также приводящих к изменению свойств с толщиной пленок. Более сложные, квантовые размерные эффекты типа осцилляции свойств проявляются в еще более тонких пленках (10-:-100 нм). Размерные эффекты в неискаженной форме проявляются лишь в однородных пленках, не имеющих переходной области.

Однако, хотя в неоднородных пленках имеются усложнения размерных эффектов, всегда оказывается возможным наблюдаемое изменение свойств с толщиной разделить на эффект размера и эффект неоднородности — переходной области. Вопрос о переходных областях, или переходных слоях, на границе между дленкой и подложкой в эпитаксиальных пленках имеет большое практическое значение. Эти переходные области образуются при росте кристаллов и присутствуют во всех пленочных структурах приборов полупроводниковой электроники, в лазерных и оптоакустоэлектронных устройствах, в пленочных детекторах излучений. Резкий переход между пленкой и подложкой йвляется лишь частным случаем, хотя и важнейшим, возможного распределения примесей или носителей заряда на границе. Управляемое выращивание полупроводниковых структур позволяет получать пленки с плавным переходом от подложки к пленке с переменной шириной запрещенной зоны по толщине (варизонные полупроводники), однако при этом неконтролируемые примеси и другие факторы также приводят к размытию ожидаемого распределения свойств. Установление физических процессов, вызывающих это размытие, с целью управления ими представляет огромный интерес. Имеющиеся многочисленные экспериментальные и теоретические исследования рассеяны в работах из различных разделов физики и часто не связаны между собой.

В предлагаемой монографии ставится задача систематизировать накопившийся материал по природе переходных областей, их структуре и методам их устранения.

В опубликованных ранее исследованиях при обсуждении при-чин образования переходных областей основное внимание уделялось состоянию поверхности подложки, диффузионным процессам при росте, кинетике начальной стадий эпитаксии до образования первого сплошного слоя пленки, изменению состояния исходной газовой или жидкой фазы. Последующие экспериментальные исследования и теоретический анализ процессов образования пленок дополнили и углубили сложившиеся представления о росте эпитаксиальных пленок и позволили успешнее реализовать методики осаждения, подавляющие переходную область (ПО).

Представляется целесообразным обсудить современное состояние проблемы ПО на основе новых результатов. Учитываются размерные эффекты. Факторы, вызывающие образование ПО при эпитаксиальном росте пленок, условно разбиты на три группы: влияние подложки, влияние особенностей ростовых процессов, действие изменений исходной фазы. Последовательное рассмотрение и оценка вклада каждой группы факторов позволит эффективнее обеспечивать условия максимального их подавления.

В монографии использованы результаты совместных работ автора с Ю. Г. Сидоровым, Р. Н. Ловягиным, В. М. Залетиным, И. А. Энтиным, Р. В. Логиновой, А. Н. Коган, Е. А. Криворотовым, В. П. Мигалем, Б. И. Кидяровым, Ф. Л. Эдельманом, С. И. Стениным и другими сотрудниками Института физики полупроводников СО АН СССР, которым автор выражает искреннюю благодарность. Автор также признателен А. Ф. Кравченко за помощь и ценные советы при подготовке этой монографии.

Назад, на страницу описания