5.4. Определение толщины пленки по дефектам упаковки
Дефекты упаковки - наиболее часто встречающиеся дефекты в эпитаксиальных пленках. Причина возникновения дефекта упаковки – нарушение последовательности чередования отдельных атомных слоев. Как правило, дефекты упаковки возникают на границе между подложкой и растущей пленкой. Центрами зарождения дефектов упаковки могут служить микроцарапины, микрооксидные пятна на поверхности подложки, места сосредоточения примеси. Зародыши дефектов упаковки на подложке это небольшие области, в пределах которых происходит неправильное осаждение первых атомных слоев. Например, на плоскости (111) вместо последовательности АВСАВС… наблюдается последовательность АВС↓ВС – дефект упаковки вычитания (↓ - пропуск), а дефекты упаковки внедрения АВСААВС. Самыми типичными дефектами на плоскости (111) являются дефекты, состоящие из трех наклонных дефектов упаковки, образующих обычно тетраэдр с треугольным основанием. Возникает дефект упаковки на подложке и проходит вдоль трех соседних плоскостей семейства (111), каждая из которых образует угол в 70032/ с поверхностью подложки. Эти три плоскости и поверхность роста образуют правильный тетраэдр с вершиной на границе раздела. Таким образом, если подложки имеют ориентацию (111), то дефекты упаковки при травлении проявляются либо в виде равносторонних треугольников, либо в виде отдельных линий, либо в виде замкнутых многогранников (рис. 5.15).
При ориентации подложки (100) большинство дефектов упаковки проявляются в виде квадратов или отдельных линий на плоскости (110), а также в виде прямоугольников и равнобедренных треугольников. Системы плоскостей, образующих грани дефектов с поверхностью эпитаксиальных пленок, пересекаются в направлениях [110] для плоскости (111); [110] для плоскости (100); [110] и [211] – для плоскости (110).
Толщину пленок d определяют по формулам:
- для плоскости
(111), (5.32)
- для плоскости
(110), (5.33)
для плоскости
(100), (5.34)
где а – длина стороны дефекта упаковки, измеренная на поверхности пленки.
Рис. 5.15. Дефект упаковки кремниевого эпитаксиального слоя: 1 - эпитаксиальный слой; 2 - (111) кремниевая пластина; 3 - точка зарождения дефекта на поверхности пластины;
4 - дефектная область; 5 - выход дефекта на поверхность
эпитаксиального слоя
При измерениях необходимо учитывать лишь максимальные размеры сторон дефектов, так как в ряде случаев дефекты могут зарождаться в самой пленке в процессе роста.
Для выявления дефектов упаковки используют следующие травители: травитель Сиртла, травитель Секко и травитель Райта, а также можно пользоваться травителем Деша. Химический состав травителей и области их применения приведены в таблице. Травление ведется 5 – 20 с.
Травители для выявления дефектов упаковки
Травитель
|
Химический состав |
Применение |
1. Сиртла |
HF:CrO3 (1:1) |
Поверхность с ориентацией {111} |
2. Деша |
HF:HNO3:CH3COOH (1:3:10) |
Подложки n,p-типа с ориентациями {111} и {100} |
3. Секко |
HF:K2Cr2O7 (2:1) или HF:Cr2O3 (2:1) |
Универсальный; подходит для поверхностей с ориентацией {100} |
4. Райта |
HF:HNO3: Cr2O3:Cu(NO3)2·3H2O: CH3COOH: H2O = 2:1:1:(2 ч):2:2 |
Универсальный |