Реферат 2
Введение 3
1. Молекулярно-пучковая эпитаксия 5
2. Легирование при МПЭ 7
3. Экспериментальные исследования поверхностной сегрегации при
легировании кремния и германия сурьмой 12
4. Модель накопления примеси в адсорбционном слое в процессе
легирования при МПЭ 16
5. Зависимости ширины переходной концентрационной области от
температуры 21
6. Поверхностная сегрегация примеси при росте по механизму
образования двумерных островков 25
7. Температурные зависимости коэффициента сегрегации сурьмы при
легировании Si(001), Si(111) и Ge(001) 29
Заключение 35
Список литературы 36
В настоящее время, одной из важнейших проблем при изготовлении полупроводниковых приборов является введение легирующей примеси в полупроводниковый слой в процессе молекулярно-пучковой эпитаксии (МПЭ). Легирование непосредственно влияет на электрические и оптоэлектронные свойства приборных структур, поэтому возможность управления данным процессом является необходимым условием для выращивания приборных конструкций путём МПЭ.
Характерные для МПЭ низкие температуры роста и возможность резкого прерывания потоков примеси и основного вещества на поверхность подложки позволяют, в принципе, получать эпитаксиальные пленки с высоким уровнем легирования и очень резкими концентрационными профилями легирования, включая т.н. дельта-легированные слои [1,2]. Однако легирование кремния и германия наиболее технологически важной донорной примесью - сурьмой характеризуется сильной поверхностной сегрегацией (накоплением примеси на поверхности растущего кристалла без встраивания в кристалл). Полное подавление сегрегации возможно лишь при очень низких температурах и, соответственно, при очень низком кристаллическом качестве эпитаксиальных слоев. Температурная зависимость коэффициента поверхностной сегрегации сурьмы (отношение поверхностной концентрации Sb к концентрации Sb в объеме), г, характеризуется участком чрезвычайно резкого возрастания, на котором коэффициент сегрегации увеличивается более чем на 4 порядка величины в узком температурном интервале [3].
Недавно был предложен оригинальный метод получения резких концентрационных профилей легирования и 5-легированных слоев (метод селективного легирования), включающий прерывание роста легируемого кристалла при относительно низкой температуре (при умеренной сегрегации примеси и достаточно высоком кристаллическом качестве легируемых слоев) и возобновление роста при высокой температуре, соответствующей максимальному значению коэффициента поверхностной сегрегации [4]. Практическая реализация данного подхода требует, в частности, надежного определения температурной зависимости коэффициента сегрегации, г (Г). Для этого необходимо понимание физики процессов легирования и поверхностной сегрегации примеси.
В представленной выпускной квалификационной работе бакалавра рассматривается кинетическая модель [5], предполагающая существование двух механизмов захвата примеси - встраивание в изломы на ступенях и непосредственный переход атома примеси из положения адсорбции на террасе в положение в поверхностном слое. Согласно модели, поверхностная сегрегация происходит вследствие “перескоков” адатомов примеси через движущиеся ступени без встраивания в изломы и в результате обратного процесса перехода атома из поверхностного слоя в адсорбционный слой.
Полученная с помощью данной модели зависимость г (Г) сопоставлена с экспериментальными зависимостями г (Г) для сегрегации Sb на поверхностях Si(001), Si(111) и Ge(001). Указанные экспериментальные зависимости качественно подобны, но “сдвинуты” друг относительно друга по оси температур на сто-двести градусов. Получено хорошее количественное соответствие теоретических и экспериментальных зависимостей. Показано, что сдвиг зависимостей для разных поверхностей может быть обусловлен одновременным изменением энергий активации перехода атомов примеси из адсорбционного слоя в поверхностный слой и в обратном направлении.
Проведен обзор научной литературы по легированию полупроводников с использованием метода молекулярно-пучковой эпитаксии. Особое внимание уделено результатам экспериментальных исследований легирования кремния и германия сурьмой. Подробно изложена предложенная в работе [5] модель легирования, в которой поверхностная сегрегации примеси рассматривается как накопление примесных атомов в адсорбционном слое во время роста кристалла.
С использованием модели [5], получены зависимости коэффициента сегрегации примеси от температуры, г(Т), в случаях легирования сурьмой кремния (подложки ориентаций (001) и (111)) и германия (подложка ориентации (001)). Проведенные расчеты демонстрируют хорошее соответствие полученных теоретических зависимостей с имеющимися экспериментальными данными.
Показано, что наблюдаемый в эксперименте сдвиг зависимости г(Т) по оси температур при переходе от легирования Si(001) к легированию Si(111) может быть связан с различной структурой поверхностей, обусловливающей различие барьеров вертикальных переходов между адсорбционным слоем и поверхностный слоем для атомов примеси, адсорбированных на террасах этих поверхностей. Сдвиг зависимости г(Т), наблюдаемый при переходе от Si(001) к Ge(001), может быть связан с большей энергией связи Sb-Si, по сравнению с энергией связи Sb-Ge. Это может иметь следствием уменьшение энергий вертикальных переходов в случае Sb на Ge(001), что отражено в выборе параметров модели.
