Введення
З фізикою тонких плівокпов'язані досягнення та перспективи подальшого розвитку мікроелектроніки, оптики,приладобудування та інших галузей нової техніки. Успіхи мікромініатюризаціїелектронної апаратури стали можливі завдяки використанню керованогоепітаксійного вирощування тонких шарів напівпровідників, металів ідіелектриків у вакуумі з різних середовищ. Незважаючи на численні йрізносторонні дослідження, процеси епітаксіальної кристалізації не отрималиповного пояснення. Обумовлено це, в першу чергу, складністю проблемпов'язаних з процесами кристалізації в різних системах і середовищах.
В останні рокиспостерігається зростання інтересу до поверхні твердого тіла. Експериментальнідосягнення в цій області пов'язані з розвитком техніки понад високого вакууму,діагностичної апаратури, такий як скануюча тунельна мікроскопія ірозробкою нових спектроскопічних методів дослідження поверхні. Цідослідження забезпечили більш глибоке проникнення в структуру і властивостіповерхневих шарів твердого тіла. Однак уявлення про структуру поверхніі вплив її на епітаксиальний зростання недостатньо розвинені.
У даній роботідосліджується епітаксиальний зростання простих напівпровідників Si і Ge на поверхні Si (111) методом аналізу осциляційдзеркально-відбитого пучка при дифракції швидких електронів.
Огляд літератури
Молекулярно-променеваепітаксії Si і Ge 7
На початку 60-х з великимоптимізмом були розпочаті роботи в області обробки поверхонь пластин кремніюу вакуумі, але через деякий час дослідники цього напрямку втратилипровідні позиції, і в даний час інтегральні схеми виготовляють накремнієвих пластинах методами хімічної обробки. Разом з тим необхідністьстворення інтегральних схем дуже великій мірі інтеграції стала основноюрушійною силою для пониження температур обробки, і поступово технологічніприйоми, пов'язані з фізичними методами, проникають в технологічні лінії длявиготовлення кремнієвих інтегральних схем. У цьому відношенні вирощування кремнієвихепітаксійних плівок приладового якості в умовах надвисокого вакууму(СВВ) стало важливим кроком вперед. Цей факт відображений в різкому зростанні з тихпір числа публікацій по молекулярно променевої епітаксії (МЛЕ) кремнію.
Високоякіснийпроцес пошарового росту принципово важливий для виробництва матеріалів дляелектроніки за допомогою МЛЕ. Він привертає до себе увагу завдяки рядупритаманних йому переваг, таких як: його гнучкість, забезпечення високої чистоти,можливість ведення всього процесу виробництва в вакуумі, застосовність масок,допустимість істотного варіювання швидкості росту і зниження температурикристалізації, швидкість переходу від осадження одного напівпровідника до іншого.
Використанняепітаксіальної технології в мікроелектроніці вимагає усунення або зведення домінімуму протяжності перехідних шарів між плівками в напівпровідниковихструктурах. Метод осадження з газової фази шляхом хімічних реакцій для Si/Si і Ge/Si має температурну область кристалізації 800-1200 В° С [1]. Притакій температурі істотні процеси об'ємної дифузії між матеріаломпідкладки і осаджується речовиною, що веде до розмиття межі між ними.Характерні температури осадження Si/Si і Ge/Si для отримання епітаксійних плівокметодом МЛЕ лежать в діапазоні 300-800 В° С. Низька температура МЛЕ кремнію ігерманію досягається тим, що цей метод не вимагає ні плавлення, ні хімічноїреакції осадження. У цих умовах вплив дифузії і автолегірованіянезначно, а деформація під час росту мінімальна. Завдяки цьому сталоможливим отримання дельта шарів [2], різких кордонів в гетероструктурах і чіткихпрофілів легування.
Поверхня Si (111)
Дослідження процесівзростання є важливою проблемою МЛЕ, так як точне уявлення про механізмипроцесів, що відбуваються дозволить управляти ними і створювати шари звідтворюваними характеристиками.
Завдяки великомукількості сучасних методик аналізу поверхні таких, наприклад, якдифракція повільних електронів (ДМЕ) [3], фотоелектронна спектроскопія зкутовим дозволом [4], просвітчаста електронна мікроскопія та скануючатунельна мікроскопія (ВТМ) [5-7], дозволили отримати багато корисної інформаціїпро будову поверхні і процесах росту.
Через взаємодіїобірваних зв'язків, атоми в приповерхневій області прагнуть перебудуватися вбільш енергетично-вигідні становища, утворюючи на поверхні двовимірнуперіодичну структуру. Природа і стабільність реконструйованих поверхоньдуже чутлива до умов приготування зразка. Так, поверхня сколу Si (111) реконструюється вметастабільну структуру (2х1), яка при відпалі 380 В° С необоротнотрансформується в структуру (7х7) [8]. При температурі вище 830 В° С поверхню Si (111) має надструктур (1x1) (не має надструктур) [9], цятемпература є точкою фазового переходу для поверхневої реконструкції Si (111).
Найбільш повнуінформацію про структуру та морфології поверхні дає скануюча тунельнамікроскопія. Зображення поверхні, отримані цим методом, свідчатьпро те, що в залежності від способу приготування зразка, атомарно чистаповерхню Si (111) може містити сумішдекількох надструктур. Так Y.-N. Yang E.D. Williams [10] спостерігали, що для зразканагрітого до 900 В° С і загартованого зі швидкістю 100к/сек., на поверхні Si (111) утворюються крім (7x7) надструктур ще рядметастабільних надструктур як (11x11), (9x9), (2x2), (пѓ– 3x пѓ–3).
Говорячи про поверхневіреконструкціях, мається на увазі двовимірна періодичність на атомарно гладких частинахповерхні. Реальна поверхня кремнію далека від досконалої і міститьрізні дефекти, такі як виходять на поверхню кристала дислокації,дефекти упаковки і забруднення залишилися після предепітаксіальной обробки.
Через неідеальності зрізу,поверхню реального кристала, що пройшов відповідні стадії обробки,складається з чергуються терас, розділених ступенями атомної висоти. Автори [12]отримали зображення ступенів слабо разоріентірованной поверхні Si (111). Звідки видно, що такаповерхня являє собою послідовність майже паралельних і вмежах порядку відрізняються один від одного по ширині терас, розділенихступенями моношаровий висоти.
Епітаксия Si на Si (111)
Епітаксия Si на Si (111)методом МЛЕ вивчена в широкому діапазоні температур, від кімнатної [13], до1000 В° С. Температура епітаксії вибирається залежно від необхідної структуриплівки (наприклад аморфна або монокристалічна) і необхідним рівнемлегування (т.к. коефіцієнт вбудовування атомів легуючої домішки сильнозалежить від температури).
В залежності від розмірівтерас, температури поверхні та пересичення, при пошаровому зростанні розрізняютьдва механізми: східчасто-шарової і двумерно-острівцевих.
У разі зростання посхідчасто-шарів механізм все що впали на поверхню атоми, не утворюючиострівців, вбудовуються в ступені або десорбується. Якщо ж концентраціяадатомів на поверхні досягає деякого критичного значення залежноговід температури і ширини терас, то почнеться освіту двовимірних острівців(Двумерно-острівцевих механізм). Щільність адатомів, навколо існуючихострівців зменшується за рахунок дифузії і вбудовування адатомів в острівець абощабель. І в деякій зоні навколо вже утворилися острівців наступнікритичні зародки утворюватися не можуть.
Зростання йде в основному зарахунок розростання двовимірних зародків.
При підвищенні температуризростання відбувається збільшення розмірів критичних зародків, середніх відстанейміж ними і зон виснаження навколо їх і у ступенів [7,14]. Пропускаючи по пластиніSi (111) електричний струм можнадобитися значного збільшення ширини терас (до декількох мікронів) черезешелонування поверхні [15], внаслідок чого температура переходу віддвумерно-острівкового до східчасто-шарів механізму зсувається в більшвисокотемпературну область.
Дослідження процесівзародження двовимірних острівців на поверхні Si (111) - (7х7) показало, що зародження острівців відбуваєтьсяпереважно на кордонах сверхструктурних доменів [5-7]. У процесі...
