Формирование поверхности Si(111) при молекулярно-лучевой эпитаксии кремния и адсорбции бора

2
Введение 5
Глава 1. Формирование атомарно-чистой поверхности для молекулярно-лучевой эпитаксии и модифицированной бором поверхности БіО 11 )Л/Зхл/ЗКЗО°-В (литературный обзор).
1.1 Введение 20
1.2 Низкотемпературные методы получения атомарно-чистой поверхности
8і(111) 21
1.2.1 Химическое окисление 23
1.2.2 НГ-обработка 29
1.2.3 Обработка буферным раствором 34
1.3 Начальные стадии роста 8І на атомарно-чистой поверхности 5і(111) 39
1.4 Формирование и свойства поверхности Бі( 111)^Зх^ЗЯЗО°-В 49
1.4.1 Методы адсорбции бора на поверхности Бі( 111) 49
1.4.2 Структура модифицированной бором поверхности 8і(111)л/Зх>/31130о-В 53
1.4.3. Свойства модифицированной бором поверхности 8і(111)^Зх^ЗЮ0°-В 55
1.5 Выводы 59
Глава 2 Экспериментальное оборудование и методики исследования
2.1 Введение 61
2.2 Методы исследований 61
2.2.1 Дифракция быстрых электронов на отражение 61
2.2.1.1 Основы метода 63
2.2.1.2 Применение метода ДБЭ для исследования структуры поверхности 68
2.2.1.3 Применение ДБЭ для исследования процессов на поверхности 74
2.2.2 Электронная Оже-сиектроскония 77
2.3 Экспериментальная установка 81
2.4 Получение атомарно-чистой поверхности 85
2.5 Контроль температуры поверхности 87
2.6 Осаждение кремния и контроль толщины эпитаксиального слоя 88
2.7 Осаждение оксида бора 90
3
2.8 Методика измерения интенсивности зеркального рефлекса ДБЭ 93
2.9 Методика расчета интенсивности зеркального рефлекса ДБЭ 96
2.10 Выводы 99
Глава 3 Влияние химической обработки на свойства пассивирующей пленки БЮг и агомарно-чистой поверхности 81(111).
3.1 Введение 101
3.2 Зависимость смачиваемости поверхности 81(1 И) от способа химической обработки. 102
3.3 Зависимость кинетики термического разложения 8Юг на 81(111) от
способа его формирования 107
3.4 Влияние способа формирования БЮг на начальную стадию эпитаксии кремния ИЗ
3.5 Выводы 117
Глава 4 Эволюция поверхности 81(111) при низкотемпературной эпитаксии кремния
4.1 Введение 118
4.2 Начальная стадия эпитаксиального роста Б1 на 81(111)7x7 119
4.3 Релаксация поверхности 81(111) после прерывания роста кремния 129
4.4 Выводы 134
Глава 5 Эволюция поверхности 81(111) при осаждении В2О3.
5.1 Введение 136
5.2 Формирование структуры >/Зх>/3 при взаимодействии В2О3 с поверхностью 81(111)7x7 137
5.3 Расчет кривых качания для различных структурных моделей ПФ 81(111)>/Зх>/3 и сопоставление их с экспериментальными кривыми качания 142
5.4 Выводы 149
Глава 6 Свойства модифицированной бором поверхности 81(111) 6.1 Введение
150
4
6.2 Начальная стадия роста Si на модифицированной бором поверхности
Si(lll) 152
6.3 Эволюция модифицированной бором поверхности Si(l 11) при экспозиции
на воздухе 158
6.3.1 Экспозиция поверхности модифицированной бором на воздухе 159
6.3.2 Отжиг поверхности модифицированной бором после экспозиции
на воздухе 166
6.4 Выводы 174
Основные результаты работы и выводы 175
Примечание 177
Список литературы 178
5
Введение
Молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ) кремния в сверхвысоком вакууме является очень привлекательной для современной электроники благодаря ее способности с высокой точностью контролировать толщину эпитаксиальных слоев и профили легирования. В настоящее время огромен интерес к твердотельным структурам в которых, в той или иной степени проявляется эффект размерного квантования. Это -пленочные слои с толщиной пленки порядка длины волны де-Бройля для электрона. Интерес к данным структурам продиктован возможностью новых физических экспериментов по исследованию энергетического спектра и кинетических явлений, а также с приборными поисками, связанными с получением сред с высокой подвижностью носителей заряда, отрицательной дифференциальной проводимостью, и освоением субмиллиметрового диапазона частот. Кроме того, возможность получать их как в виде единичных размерно-квантованных слоев, так и в виде сверхрешеток и структур с заранее заданным энергетическим спектром, делает такие структуры ценным материалом с точки зрения их использования в оптоэлектронике.
Для получения пленок высокого качества, чистота поверхности подложек является одним из наиболее существенных факторов. Общеизвестно, также, что для МЛЭ кремния часто требуется гладкая и чистая поверхность при, насколько это возможно, низких температурах подложки кремния. Это связано со стремлением, в процессе технологического процесса или исследования, сохранить размерно-квантованные слои, распределенные по глубине подложки. Также обеспечение атомно-гладкой поверхности роста необходимо для избежания разрыва и перекрытия слоев, образующих сверхрешетку.
К настоящему времени предложено немалое количество различных методов приготовления атомно-гладких и чистых поверхностей. Наиболее распространенными из них являются методы, использующие влажную химическую обработку, которые включают следующие этапы: очистка поверхности, пассивация ее защитным слоем и удаление пассивирующего слоя непосредственно перед использованием поверхности для МЛЭ. В качестве защитных пленок, как правило, выступает оксид кремния (БЮг)
6
или водород. Пассивация поверхности водородом, перед загрузкой подложки в вакуумную камеру, не дает надежной защиты поверхности от загрязнения из окружающей среды, однако позволяет удалять пассивирующий слой при довольно низкой температуре подложки кремния 400-500°С [8]. Напротив, исследования пассивирующих окислов показывают, что температура их термодесорбции больше, и находится в диапазоне 750-950°С [3]. Однако, защиту от загрязнения пленка окисла обеспечивает большую. Основные усилия исследователей направлены не только на снижение температуры термодесорбции, формируемых пленок, но и определение метода дающего наименьшую шероховатость поверхности после удаления пассивирующего слоя [35]. Именно микрошероховатость поверхности будет определять генерацию дефектов в пленке 81 на начальной стадии роста.
Развитие метода МЛЭ для получения многослойных полупроводниковых структур с максимально резкими профилями легирования и границ раздела между слоями требует методов “т-БИи” контроля процессов роста. Наибольшее распространение для целей изучения и контроля процессов формирования поверхности при МЛЭ получил метод дифракции быстрых электронов (ДБЭ), который обладает высокой чувствительностью к структуре и мнкроморфологни поверхности монокристаллической подложки и, благодаря малой величине угла падения пучка электронов на поверхность, легко совмещается с эпитаксиальным ростом из молекулярных пучков. Наблюдаемые при осаждении материала осцилляции интенсивности зеркально-отраженного пучка свидетельствуют о послойном механизме роста. Осцилляции всегда имеют тенденцию к уменьшению амплитуды в течение роста. Действия, направленные на минимизацию затухания амплитуды, способствуют формированию более гладкой поверхности. Вместе с тем, гладкая поверхность и промежуточные межслоевые границы могут быть получены путем прерывания роста [126,162], причем характер изменения интенсивности рефлекса от зеркально-отраженного пучка электронов после такого прерывания может дать описание динамики поведения адсорбата на поверхности. Использование метода сглаживания поверхности после прерывания роста получило широкое распространение в МЛЭ арсенида галлия, однако, существенно меньше сведений об использовании этого метода в МЛЭ кремния.
7
Особое место среди последних достижений технологии занимают структуры с так называемыми дельта-легированными слоями, в которых распределение примеси по глубине описывается дельта-функцией Дирака. В идеале толщина дельта-слоя совпадает с толщиной атомного слоя. Качественно новый шаг в развитии дельталегирования связывается с формированием двумерных упорядоченных структур атомов легирующей примеси внутри дельта-слоя, т.е., с упорядоченным дельталегированием. Два возможных преимущества для приборных применений связывают с упорядоченным дельта-легированием: (1) значительное понижение статистического предела размеров элементов сверхбольших интегральных схем и, (2) увеличением подвижности носителей заряда в слоях с периодической структурой атомов примеси.
Одним из перспективных кандидатов для формирования дельта-легированного слоя является поверхность кремния, модифицированная атомами бора 8і( 100)2х 1-В и 8і(11!)^Зх^ЗЮ0"-В. Это связано с тем, что данные поверхностные фазы (ПФ) являются стабильными к эпитаксиальному росту на них пленок кремния, и следовательно могут выступать в качестве дельта-слоев [6,7,8]. Большинство исследований было выполнено на образцах, в которых ГІФ ^Зхл/З была получена сегрегацией бора на поверхность путем прогрева сильнолегированных бором подложек. В этих исследованиях обнаружено, что атом бора находится не в положении адатома, как многие элементы 111-й группы формирующие ПФ \3xV3, а в замещающем атом кремния положении - в 3-м атомном слое от поверхности (ячейке 85), прямо под «адатомом» кремния [89,92]. Предполагается, что данное обстоятельство определяет стабильность поверхностной фазы к последующему росту кремния. В то же время недостаточно хорошо установлена связь между методом осаждения атомов бора на поверхность кремния н структурой реконструированной бором поверхности. Так, в последние годы появляются работы, в которых показано, что атомы бора могут также находится и в положении адатомов (ячейка Т4) [75,84]. Формирование поверхностных фаз бора в этих работах проводилось путем использования газообразных источников бора.
Исследования эпитаксиального роста кремния на модифицированной бором поверхности показывают, что сохранение структуры «захороненной» поверхностной
8
фазы возможно только при низких температурах подложки. Напротив, при высоких температурах подложки происходит сегрегация бора, при которой часть атомов бора поверхностной фазы остается на поверхности фронта роста. В результате этого происходит размытие профиля легирования по направлению к поверхности. В свою очередь, исследования морфологии фронта роста на поверхности
реконструированной бором показывают, что она также зависит от температуры и связана с концентрацией сегрегирующего бора, присутствующего на поверхности роста. Несмотря на то, что ГІФ $і(]11) >/Зх>/3-В давно известна и хорошо изучена, исследования эпитаксиального роста Бі производились в основном на поверхности >/Зх\3, полученной отжигом сильнолегированных бором подложек БКШ) и только на начальной стадии роста [66,95,97]. Концентрация бора в приготовленной таким образом структуре не превышает 1/3 монослоя (ШС=7.8х10иат/см ), а зачастую значительно меньше. Кроме того, исследовались только начальные стадии роста в пределах 3+4МС кремния и в основном методами, позволяющими исследовать поверхность после остановки роста и охлаждения до комнатных температур. Данных, касающихся исследования начальной стадии эпитаксиального роста толстых пленок Зі на поверхности ^3х>/3, а также приготовленной осаждением оксида бора (ЕЬОз), обнаружено не было, за исключением работ [81,96] в которых эпитаксиальный рост Зі проводился на ПФ ■'/Зх-'/З-В, полученной осаждением НВО2 с покрытием бора >1/ЗМС.
В настоящее время, стабильность структуры модифицированной бором поверхности кремния обнаружена не только для адсорбции атомов кремния при низких температурах подложки, но и для адсорбции различных газов и соединений [106]. Хотя в ряде работ и показана стабильность поверхностных фаз бора, однако исследования механизма адсорбции тех или иных химических элементов, а также химической активности атомов бора, расположенных в приповерхностном слое, представляют огромный научно-технологический интерес и требуют своего продолжения.
9
Пелыо настоящей диссертационной работы являлось исследование процесса формирования поверхности 81(111) при молекулярно-лучевой эпитаксии кремния и осаждении оксида бора.
При этом решались следующие основные задачи:
1. Исследование формирования чистой поверхности 81(111), используя различные способы влажной химической обработки для получения пассивирующей пленки
8Ю2.
2. Исследование эволюции поверхности 81(111) на начальной стадии эпитаксиального роста 81 и определение кинетических параметров процесса сглаживания поверхности после прерывания роста.
3. Исследование структуры поверхности 81(111) при осаждении на нее В2О3.
4. Исследование эволюции поверхности 8|(111 )^Зхл/ЗКЗО°-В на начальной стадии эпитаксиального роста 81.
5. Исследование влияния отжига подложки 81(111) на свойства поверхности 81(111)>/Зхл/ЗЮ0о-В, экспонированной в атмосфере воздуха.
Научная новизна:
1. Определены кинетические параметры процесса термического разложения пассивирующих пленок оксида кремния (8Ю2), сформированных различными влажными химическими обработками поверхности 81(111). Обнаружена связь между температурой десорбции пленки БЮ2 и дефектностью на границе раздела пленки с подложкой 81(111). Показано влияние способа формирования пассивирующего окисла на характер начальной стадии эпитаксиального роста 81, проводимого на поверхности 81(111) после термодесорбции 8Ю2.
2. Впервые экспериментально определены кинетические параметры процессов, описывающих сглаживание поверхности 81(111) после прерывания эпитаксии кремния.
10
3. Показано, что на начальной стадии осаждения В2О3 на поверхность Si(l 11) атомы бора находятся преимущественно в положениях Т4 поверхностной фазы Si(l 1 l)V3xV3R30°-B, а при увеличении количества адсорбированного бора растет доля атомов бора в положении S5.
4. Впервые обнаружено формирование гексагонального нитрида бора на поверхности Si(lll) в результате отжига поверхности Si(l 1 l)V3xV3R30°-B, экспонированной в атмосфере воздуха.
Практическая ценность работы: Определенные кинетические параметры процессов, характеризующие сглаживание поверхности фронта роста после прерывания эпитаксии кремния, позволяют выбрать оптимальные режимы при решение задач МЛЭ. Показана возможность контролирования структуры поверхности Si(l 1 l)V3xV3R30°-B в процессе адсорбции бора на поверхность Si(lll). Показана возможность выращивания слоев гексагонального нитрида бора (BN) на поверхности Si(lll) путем экспозиции структуры Si(l 1 l)V3x>/3R30o-B в атмосфере воздуха.
Основные защищаемые положения
1. Метод химической обработки, используемый для формирования защитной пленки Si02, влияет на дефектность границы раздела SiOi/подложка Si(lll), а также на начальную стадию эпитаксиального роста Si на поверхности Si(lll) после термодесорбции окисла.
2. При прерывании эпитаксиального роста Si на поверхности Si(lll) имеет место процесс сглаживания рельефа поверхности, который может быть описан быстрой и медленной составляющими. Механизм сглаживания рельефа поверхности зависит от температуры подложки.
3. 11а начальной стадии осаждения В20з на поверхность Si(l 11) атомы бора занимают, преимущественно, положение Т4 поверхностной фазы Si(l 1 l)V3xV3R30°-B. С увеличением времени осаждения оксида бора происходит замещение атомами бора атомов кремния в положение S5.
11
4. Адсорбция газовых компонент из атмосферы «возбужденного» воздуха на модифицированной бором поверхности 81(111) происходит селективно: азот адсорбируется, преимущественно, на участках поверхности с упорядоченной структурой >/Зх>/3-В, а поверхностные структуры, отличные от т/Зхт/З-В, а также дефекты этих фаз являются местами адсорбции кислорода.
5. Отжиг модифицированной бором поверхности 81(111), после экспозиции в атмосфере «возбужденного» воздуха, приводит к взаимодействию адсорбированных атомов азота с атомами бора и образованию островков нитрида бора гексагональной модификации.
Апробация работы:
Основные результаты исследований, приведенные в диссертации, докладывались:
- 11а Втором Российско-Японском Семинаре по поверхности полупроводников.
Осака, Япония, 1995 г.
- 11а 17-й Европейской конференции по физике поверхности, Эншед, Нидерланды, 1997.
На региональных конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых по физике полупроводниковых, диэлектрических и магнитных материалов. ИАПУ. Владивосток. 1997,1998,2000гг.
- На третьем Российско-Японском семинаре по полупроводниковым поверхностям. Владивосток. 1998 г.
- На региональных конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых но физике. ДВГУ. Владивосток. 1998,1999гг.
- 4-я Международная конференция по физике тонких пленок. Шанхай, Китай.
8-11 мая 2000 г.
Па международной школе по исследованию полупроводников на основе нитридов. Нагоя. 24-27 сентября 2000 г.
На международном симпозиуме по исследованию поверхности и границы раздела. Нагоя. 17-20 октября 2000 г.
12
На четвертом Японско-Российском семинаре по полупроводниковым поверхностям. Нагоя. 12-19 ноября 2000 г.
11а третьей всероссийской молодежной конференции по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наиоэлектроникс. Санкт-Петербург. 5-8 декабря 2001г. На семинарах научно-технологического центра полупроводниковой микроэлектроники ИАПУ ДВО РАН.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов и заключения. Общий объем работы составляет 196 страниц, включая 71 рисунок и список цитируемой литературы из 212 наименований.
КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.
Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы основные задачи работы и защищаемые положения, кратко описана структура диссертации.
Первая глава является обзорной.
В первом параграфе этой главы рассмотрены низкотемпературные методы получения чистой поверхности кремния путем использования различных влажных химических обработок. Отмечается, что на пути приготовления чистой поверхности присутствует стадия формирования слоя, защищающего поверхность от загрязнения из окружающей среды до загрузки подложки в сверхвысоковакуумную (СВВ) камеру. Наиболее распространенным подходом является создание тонкой пленки оксида кремния (SiCb) или терминирование поверхности кремния водородом. Пассивация поверхности тонким слоем Si02, в отличие от метода использующего пассивацию водородом, дает наибольшую защиту поверхности Si(lll) от загрязнения из окружающей среды.
Рассмотрен ряд распространенных влажных химических обработок, используемых для формирования окислов. Способ химического окисления определяет как
13
температуру десорбции защитной пленки ЗЮг, так и качество выращенных эпитаксиальных пленок на приготовленной чистой поверхности. Рассмотрена интерпретация кинетики термодесорбции окислов, предложенная в различных работах. Нет сведений о кинетических параметрах процесса термического разложения окислов, полученных влажной химической обработкой. Также, нет данных об исследовании начальной стадии роста 81 на поверхности 81(111) приготовленной тем или иным способом влажной химической обработки.
Приводятся данные по химическому стравливания защитной пленки вЮг и пассивированию поверхности 81(111) водородом. Обработка окисленной поверхности 81(111) в НР-кислоте или ее буферном растворе приводит к удалению пленки ЭЮг и терминированию поверхности водородом. Такое удаление вЮг поверхности дает в той или иной степени шероховатую поверхность. Отмечается, что в случае селективного удаления окисла в растворе НР-кислоты, морфология терминированной водородом поверхности может быть связана с морфологией границы раздела 11).
Во втором параграфе проведен анализ данных по исследованию начальной стадии эпитаксиального роста кремния на чистой поверхности 81(111)7x7, а также эволюции поверхности фронта роста в зависимости от температуры подложки. Анализ исследований начальной стадии низкотемпературного (300ч-600°С) эпитаксиального роста 81 на поверхности 81(111) показывает, что образование различных метастабнльных структур, ведущих к деградации фронта роста, зависит от дефектности поверхности, на которой проводится рост. Отмечается, что нет однозначного согласия между значениями для энергии активации процесса зародышеобразования на поверхности роста, взятыми из разных работ. Показано, что прерывание эпитаксиального роста Б! на поверхности 31(111), приводит как к изменению формы двумерных островков, так и разрушению нестабильных конгломератов, состоящих из нескольких атомов. В то же время отсутствуют данные, касающиеся кинетических параметров процессов релаксации поверхности 81(111) после прерывания роста.
В третьем параграфе приведены различные методы адсорбции бора на поверхности 81(111) для получения структуры 81(111)^Зх^ЗКЗО°-В, и существующие модели структуры 81(111)^Зхл/ЗЯЗО°-В. Отмечается, что формирование Г1Ф >/Зхл/3 путем
14
осаждения оксида бора (В20з) на поверхность кремния является перспективным с точки зрения формирования многослойных дельта-легированных слоев. Осаждение В20з, с целью формирования поверхностной фазы, проводится чаще всего на относительно холодную подложку (500°С) с последующим отжигом при более высокой температуре. Режим осаждения при температурах подложки достаточных для разложения этого соединения (более 600°С), по имеющимся на сегодняшний день сведениям, не изучался. Также, нет данных относительно исследования эволюции структуры поверхности Si(lll) при осаждении В20з при температуре подложки более 600°С. Согласно имеющимся данным, атомы бора в структуре V3xV3-B могут находиться в двух различных положениях - S5 и Т4. Структура V3xV3-B с атомом бора в положении S5 на 1 эВ энергетически более выгодна, чем структура с атомом бора в положении Т4. Отмечается, что положение атомов бора зависит от температуры подложки.
Кроме того, в этом параграфе рассмотрены свойства модифицированной бором поверхности при эпитаксии на ней кремния и адсорбции различных газов из атмосферы воздуха. При осаждении кремния на модифицированную бором поверхность V3xV3-B при низких температурах эпитаксии, а также при адсорбции на ней различных газов, структура л/Зх\/3-В проявляет высокую стабильность. Отмечается, что дефекты структуры \3xV3-B являются, как правило, местами преимущественной адсорбции. Нет сведений об исследовании влияния эффекта ионизации различных газов на процесс их взаимодействия со структурой \3xv3-B в условии сверхвысокого вакуума.
В четвертом параграфе делаются выводы и формулируются задачи диссертационной работы.
Во второй главе излагаются основы метода ДБЭ и его применение для исследования структуры и морфологии поверхности, для исследования таких процессов на поверхности как рост, диффузия, адсорбция, а также для получения кинетических характеристик этих процессов. Этот метод позволяет исследовать процессы «in situ» независимо от температуры поверхности.
15
Для определения концентрации того или иного вещества на поверхности кремния, в данной работе был использован метод электронной ожс-спектроскопии (ЭОС). Представлены основы контроля присутствующего на поверхности адсорбага в зависимости от его количества и распределения на поверхности.
Приводится описание установки МЛЭ «Катунь» и ее основные характеристики. Также во второй главе приводится описание экспериментальных методик контроля и определения скорости осаждения кремния методом ДБЭ и определения «истинной» температуры поверхности. Поскольку исследуемые в настоящей работе процессы являются термически активируемыми, точность определения и поддержания заданной температуры поверхности является необходимым условием повторяемости и достоверности результатов. При использовании радиационного способа нагрева подложки и определения температуры поверхности термопарой расположенной на некотором расстоянии от подложкодержателя, разница между показаниями термопары и истинной температурой поверхности подложки может достигать более 100°С. С целью уменьшения ошибки измерения температуры поверхности были определены поправки к показаниям термопары в калибровочных экспериментах с применением прижимной дифференциальной термопары, компенсационным методом. Описана методика подготовки атомарно-чистой поверхности и подготовки источника В203, а также методика измерения угловых зависимостей интенсивности зеркального рефлекса - так называемых кривых качания на установке «Катунь». В этой главе, также, представлена методика расчета интенсивности зеркального рефлекса (ЗР) картины ДБЭ от поверхности, основанная на теории динамического рассеяния электронов в приповерхностном слое кристалла.
В третьей главе приведены результаты исследования влияния химической обработки на свойства пассивирующей пленки Si02 и атомарно чистой поверхности Si(lll). Измерение смачиваемости поверхности Si(lII), после удаления защитного слоя Si02 во фтористой кислоте, позволил сделать вывод о том, что дефектность границы раздела Si02/Si(l 11) определяется способом приготовления окисла: увеличение смачиваемости поверхности (увеличение гидрофильности) после удаления
16
окисла предлагается объяснять высокой дефектностью границы раздела, напротив, уменьшение смачиваемости (увеличение гидрофобности) объясняется малой дефектностью. Показана корреляция между дефектностью границы раздела 5Ю:/8К111) и температурой удаления оксида кремния, сформированного той или иной химической обработкой. Наибольшая температура удаления окисла соответствовала наименее дефектной границе раздела.
Термическое разложение пленок 5102 в сверхвысоком вакууме изучалось методом оже-спектроскопии. Изучение кинетики термического разложения окислов, полученных различными химическими обработками, проводилось при различных температурах подложек путем измерения интенсивности оже-пика кислорода. Показано, что результаты оже-измерений могут быть описаны кинетической моделью термического разложения окисла, согласно которой, разложение пленки окисла происходит путем образования в ней круглых сквозных пор и их разрастания по периметру. Энергии активации термического разложения различных окислов оказались приблизительно равными - 3.5эВ. Однако, было установлено, что плотность нор, определяющая скорость удаления 8Ю2, зависит от метода приготовления окисла. Так, пленка БЮг, полученная кипячением подложки 81(111) в азотной кислоте (НЫОз), имела плотность пор на ~ 3 порядка меньше, чем пленка сформированная погружением подложки 81(111) в НМОз при комнатной температуре.
Исследовано влияние способа формирования на начальную стадию эпитаксии кремния. После термического удаления пленок ЭЮг, полученных разными химическими обработками, кинетика роста кремния при ТПОЛ„=420°С, на полученной чистой поверхности, контролировалась путем измерения интенсивности ЗР картины ДБЭ. Обнаружено, что скорость перехода от послойного двумерно-островкового механизма роста к многоуровневому росту зависит от способа формирования защитного окисла. Сделан вывод о том, что дефекты, сформированные на границе раздела 81СЬ/81 в процессе химического окисления подложки, сохраняются на чистой поверхности после термического удаления окисла. Предполагается, что способ химического окисления определяет плотность дефектов на границе раздела 810г/81(111) которая, в свою очередь, определяет скорость перехода к многоуровневому росту на
17
начальной стадии эпитаксии 51 на чистой поверхности 51(111) после удаления пленки 5Ю2.
В четвертой главе представлены результаты исследования начальной стадии эпитаксиального роста Б1 на поверхности 51(111) при температуре подложки 300-600°С. В процессе роста кремния проводилось как измерение интенсивности зеркального рефлекса картины ДБЭ, так и анализ самой дифракционной картины. Найден оецнлляционный характер интенсивности ЗР на начальной стадии роста Бь Изучение осцилляционных кривых интенсивности ЗР (анализ амплитуды осцилляций, скорость затухания осцилляций) показывает, что температура перехода от многоуровневого механизма роста к послойному двумерно-островковому, и от двумерно-островкового к послойному от ступеней террас зависит от величины потока напыляемого кремния. Обнаружено, что увеличение потока кремния приводит к соответствующему увеличению температуры перехода.
Принимая во внимание то, что величина интенсивности зеркального рефлекса пропорциональна плотности островков, было проведено измерение средней интенсивности осцилляций при разных температурах эпитаксии. Из полученных данных определена энергия активации процесса зародышеобразования островков на поверхности роста. Обнаружено, что с увеличением потока Б1 происходит уменьшение энергии активации процесса зародышеобразования осгровков.
Также в этой главе проводилось исследование процесса сглаживания поверхности, после прерывания роста Бк который характеризуется восстановлением интенсивности ЗР. Показано, что процесс восстановления может хорошо описываться быстрым и медленным процессами сглаживания поверхности. Аппроксимация кривых восстановления интенсивности ЗР позволяет определить кинетические параметры быстрого и медленного процессов сглаживания фронта роста. Используя временные константы для бысгрого и медленного процессов, полученные при разных температурах подложки, были определены энергии активации для этих процессов. Если при низких температурах эпитаксии энергии активации обоих процессов являются почти одинаковыми, то при высоких температурах энергия активации медленного