Технология полупроводникового кремния - Фалькевич Э.С.
ISBN 5-229-00740-0
Скачать (прямая ссылка):
Большие механические напряжения, достаточные для образования дислокаций, могут возникнуть при попадании на фронт кристаллизаций твердых частиц инородной фазы. На практике именно эта причина зачастую является основной, вызывающей образование дислокаций.
Рассмотрим случай, когда на поверхности раздела образуется несколько двумерных зародышей, расположенных в разных местах. Если слои, растущие от разных зародышей, к месту встречи подойдут несколько разориентированными, образуются дислокации. На возможность образования дислокаций при встрече границ разрастающихся зародышей указывалось во многих работах (например, [32]). Как следует из самого механизма их возникновения, эти дислокации будут образовывать малоугловые границы, располагающиеся в плоскости, параллельной направлению выращивания, т.е. так, как это наблюдается экспериментально. Если к месту встречи два участка монокристалла, растущие от разных зародышей, подойдут с одинаковой ориентацией, Дислокации образовываться не будут.
77
От чего зависит ориентация участков, растущих от разных зародышей? Прежде всего от степени совершенства той поверхности (подложки), на которой образуются и растут двумерные зародыши. Если исходная поверхность не имеет структурных дефектов, двумерные зародыши должны расти с одинаковой ориентацией и на стыке дислокации образовываться не будут. Этим объясняется отсутствие малоугловых границ в бездислокационных монокристаллах при росте с любым фронтом кристаллизации, в том числе и таким, когда рост осуществляется от нескольких центров образования двумерных зародышей.
В случае, когда образование и рост двумерных зародышей осуществляются на поверхности с дислокациями, соответствующие участки монокристалла к месту стыка могут подойти с различной ориентацией; в результате образуются малоугловые границы.
Описанный механизм образования малоугловых границ подтверждается и тем, что четкие малоугловые границы, имеющие на плоскости
(111) направление [112], обычно образуются при вогнутом фронте кристаллизации. Об этом факте свидетельствуют также данные работ [33-35]. Действительно, при вогнутом фронте рост осуществляется благодаря периферийным двумерным зародышам.
Направленные по [112] от неявных граней три малоугловые границы, показанные на рис. 29, а, по-видимому, и являются следствием роста от трех двумерных зародышей, образовавшихся в области явных граней. Детальная схема роста для этого случая приведена на рис. 29, б. Форма растущего зародыша принята в виде шестиугольника, у которого стороны попарно равны. Такая форма объясняется тем, что рост в направлениях [211], [Г2Ї] и [ЇЇ2] опережает рост в противоположных направлениях. Экспериментальные данные о росте монокристаллов кремния такой формы описаны ранее. Как уже указывалось, рост зародышей осуществляется путем присоединения атомов к изломам (ступенькам). Из схемы, приведенной на рис. 29, б, видно, что в начале рост протекает по периферии и к центру монокристалла. После встречи слоев рост в центральной части монокристалла происходит уже по-иному. В этом месте поток ступенек будет направлен от углов к центрам граней, что не может способствовать образованию малоугловых границ. Этим объясняются часто наблюдаемые случаи, когда симметрично расположенные малоугловые границы с направлением
[112] на плоскости (111) до центральных участков монокристалла не распространяются.
Убедительно иллюстрирует предложенный механизм образования малоугловых границ рис. 27, б, на котором показана поверхность отрыва монокристалла кремния, травленная в селективном травителе, отчетливо видна малоугловая граница, расположенная в области стыка растущих от разных мест слоев (показано стрелкой).
78
Рис. 29. Общая схема (с) и детальная схема роста от трех зародышей шестиугольной формы (б) возникновения малоугловых границ при образовании на периферии фронта кристаллизации трех двумерных зародышей
При асимметричном образовании двумерных зародышей линии встречи могут совпадать с хордой окружности, представляющей поверхность кристалла. В других случаях может образоваться более сложная, линия встречи, которую трудно обнаружить среди большого количества выходов дислокаций, и т.д. Различное расположение выходов дислокаций, двумерных зародышей, колебаний температуры и т.д. могут приводить к тому, что в различных точках встречи может быть разная разориента-ция. При плоском (или близком к нему) фронте кристаллизации образование двумерных зародышей происходит преимущественно в центральной области, что не способствует образованию малоугловых границ. Это подтверждается практикой производства.
При значительно искривленном фронте кристаллизации и небольшом градиенте температур в расплаве форма фронта в микроскопическом масштабе может иметь вид, показанный на рис. 30. Размер площадок может значительно превосходить атомные ступеньки, и окажется возможным образование двумерных зародышей на этих площадках (см. рис. 30). Такое расположение двумерных зародышей может привести к образованию небольших по протяженности малоугловых границ с различными направлениями.
