WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 10 Характеризация макродефектов в пленках карбида кремния из данных рентгеновской топографии и комбинационного рассеяния © А.М. Данишевский, А.С. Трегубова, А.А. Лебедев Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия (Получена 2 сентября 1996 г. Принята к печати 13 февраля 1997 г.) Рамановские и рентгенотопографические измерения были выполнены на эпитаксиальных пленках карбида кремния, выращенных методом газофазной эпитаксии на подложках из объемного 6H-SiC в фирме Cree Research, Inc. (USA). На основе сравнения с данными рентгеновской топографии выяснялся вопрос о том, какие области рамановского спектра 6H-SiC наиболее чувствительны к структурным макродефектам (дислокации, включения и т. п.), выявленным в пленках, и какие выводы о свойствах данного дефектного участка пленки можно сделать.

Монокристаллические пленки карбида кремния n-типа тера с плотностью дислокаций ND 102 105 см-2, проводимости, выращиваемые на подложках из объ- лежащих в базисной плоскости. Кроме того, наблюдается емных кристаллов 6H-SiC диаметром 30 мм в фирме большое число дислокаций, выходящих на поверхность.

Cree Research, Inc. (USA), являются в настоящее вре- В образцах имеются также включения частиц разного мя практически единственным такого рода коммерче- размера и формы, вокруг которых создаются области ским продуктом на мировом рынке. Они имеют доволь- локальных макронапряжений и более высокой плотности но низкую концентрацию свободных носителей заряда дислокаций (ND > 105 см-2). Нами установлено, что Nd - Na 1014 1016 см-3, и на их базе создаются образование дислокационной структуры в пленке и расразличные электронные устройства, такие как высоко- пределение дефектов по площади образцов обусловлено вольтные диоды, MOSFET, и т. п. Вместе с тем струк- структурным несовершенством подложек, на которых турное совершенство этих пленок в настоящее время они были выращены.

недостаточно, что проявляется, в частности, в относиСпектры комбинационного рассеяния кристаллов SiC тельно невысоком пробойном напряжении диодов, создаразличных политипов подробно исследовались в ряде ваемых на их основе,1 зависимости этого параметра от работ [1–4]. Исследования пленок карбида кремния площади p-n-перехода и значительном его разбросе для могут давать разнообразную информацию как о криразличных участков пленки. В связи с вышеизложенным сталлической симметрии (политипе) пленки, так и о в данной работе осуществляются комплексные исследодефектах ее структуры, а также о включениях других вания структурных нарушений кристаллической решетки химических элементов. Поэтому тщательные измерения указанных пленок и причин, их обусловливающих.

рассеяния света проводились в спектральных областях, Для оценки структурных свойств вышеупомянутых где проявляются различные фононные ветви SiC, на слоев SiC использовалась рентгеновская топография в разных участках данных образцов.

геометрии на отражение по Бреггу. Топограммы снимались в симметричных отражениях типа (000.12), (000.18) и асимметричных отражениях типа (101.10) с использо- Методика эксперимента ванием CuK-излучения. Такие условия съемки отвечают формированию дифракционного изображения с разной Измерения спектров рассеяния проводились с помоглубины, определяемой поглощением рентгеновских лу- щью спектрометра ДФС-52 и фотоэлектронного умножичей. Таким образом, топограммы, полученные в отраже- теля ФЭУ-79, работавшего в режиме счета фотонов. В нии (101.10), содержат информацию о дефектах в слое качестве источника возбуждения использовалась линия 15 мкм, что примерно соответствует толщинам пленок аргонового лазера с длиной волны 5145.2 Поскольку и в наших образцах.

пленки, и подложки 6H-SiC прозрачны для указанного На рис. 1–3 приведены топограммы трех образцов, на излучения, мы использовали геометрию скользящего которых проводились и рентгеновские, и рамановские падения (угол падения 7580) с вектором поляризации измерения.

электрического поля волны, ортогональным плоскости По топограммам установлено, что в эпитаксиальных падения. В этом случае в объем пленки проникает слоях сформировалась структура мелкоячеистого харакне более 10% потока падающего излучения, большая часть его отражается, и рассеяние идет в основном из Максимальные опубликованные значения напряжения пробоя диоприповерхностного слоя пленки.

дов достигают 4.5 кВ, что, вообще говоря, также существенно меньше теоретического предела. На коммерческих пленках, как правило, не удается получить значений, больших 1.0 1.5 кВ, а зачастую они Для того чтобы избавиться от ”плазменной” линии лазера, смещеноказываются существенно меньшими. При этом указанные значения ной от основной на 520 см-1, возбуждающий луч пропускался через относятся к структурам с площадью p-n-перехода < 4 · 10-4 см2. диспергирующую систему и диафрагмировался.

Характеризация макродефектов в пленках карбида кремния из данных рентгеновской топографии... данная ветвь колебательного спектра связана со структурой упаковки слоев Si и C в решетке SiC. Поэтому спектр, измеренный в окрестности частоты указанного фонона, дает информацию о политипе пленки, а также о дефектах структуры в точке, где он измеряется. Для политипа 6H-SiC максимум данной полосы должен быть в окрестности 149 см-1.

2. Ветви TO- и LO-фононов во всех гексагональных и ромбоэдрических политипах SiC почти не изменяются по энергии от политипа к политипу. TO-ветвь расщеплена на полосы 768 ± 2см-1 и 790 ± 2см-1, а LO-ветвь имеет частоту 970 971 см-1. TO-фонон кубической фазы — 796 ± 2см-1, LO-фонон — 972 ± 2см-1. Появление рядом с полосой TO-фонона (790 см-1) гексагонального кристалла дополнительной полосы 796 798 см-1 в использованной нами геометрии эксперимента свидетельствует о вкраплениях кубической фазы SiC в данной Рис. 1. Рентгеновская топограмма образца Е0464-11, отраточке пленки.

жение (101.10). Излучение — CuK. Цифрами обозначены Как показали наши исследования рамановского расучастки пленки с различной плотностью дислокаций ND.

сеяния нанопористых слоев SiC, полученных на кристаллах и пленках 6H-SiC [5], форма и амплитуда полосы LO-фонона значительно чувствительнее к нарушеФотонный спектр гексагональных политипов SiC сонию структуры кристаллической решетки SiC, чем для держит большое количество полос, однако некоторые TO-фонона. Поэтому можно предположить, что в ряде из них, довольно слабые, в настоящем исследовании не случаев информацию о дефектах структуры может дать использовались. Далее перечислены и охарактеризованы разброс в величинах отношения амплитуд этих полос те участки спектра рамановского рассеяния, которые ALO/ATO, измеренных в различных участках образца достаточно подробно изучались в данной работе на (естественно, что во всех случаях должна сохраняться вышеупомянутых пленках.

единая конфигурация светового луча и его поляризации 1. Акустический фонон симметрии E2; его частота относительно осей кристалла).

существенно (на десятки см-1) изменяется от политипа 3. Пленки SiC в ряде случаев при использовании к политипу, откуда можно сделать вывод о том, что метода газофазной эпитаксии (CVD) выращивают при Рис. 2. Рентгеновская топограмма образца B0853-7, отра- Рис. 3. Рентгеновская топограмма образца Е0464-14, отражение (101.10). Излучение — CuK. Цифрами обозначены жение (101.10). Излучение — CuK. Цифрами обозначены участки пленки с различными значениями ND. участки пленки с различными значениями ND.

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 1194 А.М. Данишевский, А.С. Трегубова, А.А. Лебедев наличии избыточного кремния в газовой фазе. Поэтому и в кристаллизованном состоянии они могут либо содержать фазу избыточного кремния в виде мелких чисто кремниевых кластеров, либо атомы кремния частично создают избыточные Si–Si-связи, имея в то же время связи с углеродом. В первом случае можно наблюдать моду 522524 см-1, в других могут проявляться слабые полосы с частотами 531, 536 и 542 см-1 [6]. Если нанокристаллы кремния имеют размеры менее 20 30 нм, то частота кремниевой полосы может слегка уменьшаться (до 512 514 см-1), и при этом в нанокристаллическом и пористом кремнии она обычно неоднородно уширяется. Следует сказать, что в этом же диапазоне спектра проявляются колебания решетки 6H-SiC с симметрией A1 (504 и 508 см-1) и выделение моды Si–Si-колебаний осуществляется на их фоне.

4. Избыточный углерод в SiC может находиться в алмазоподобной (sp3) и графитоподобной (sp2) конфигурациях. В первом случае в рамановском спектре может возникать полоса с максимумом в интервале 13301335 см-1, а во втором — с максимумом в окрестности 15701580 см-1 и иногда 1350 см-1. Наблюдались и другие полосы в интервале 1500 1600 см-1 [6], которые приписывали кольцеобразным связям углеродных атомов.

Следует сказать, что в этой же области рамановского спектра SiC находятся полосы двухфононных колебаний SiC — 1518, 1533, 1543, 1568 и 1616 см-1, что затрудняет идентификацию по рамановским спектрам малых кластеров углерода, которые в принципе могут быть в пленке. С другой стороны интенсивность полос двухфононного спектра отражает степень совершенства структуры кристаллической решетки SiC, и в этом смысле такой спектр также может быть информативен.

Результаты экспериментов Рамановская спектроскопия проводилась в основном в окрестности дефектных участков, хорошо видных на рентгеновских топограммах. В частности, необходимо было выяснить, какая область рамановского спектра наиболее чувствительна к указанным структурным дефектам. С другой стороны, интересно было бы понять, при какой плотности дислокаций искажения локальной симметрии решетки приводят к существенной деформации фононных спектров кристалла.

На рис. 4 показаны рамановские спектры в интервале 120 180 см-1, полученные в разных точках пленок E 0464-11 и E 0464-14. Поляризации падающего и рассеянного света в этом случае были ортогональны. На рис. 4, a виден четко выраженный пик 150 см-1 и небольшое плечо в окрестности 142 145 см-1, на рис. 4, b Рис. 4. Спектры рамановского рассеяния. Поляризации паэтот пик оказался на уровне упомянутого плеча, что дающего и рассеянного излучения ортогональны. (a, b, e) — говорит о локальном структурном разупорядочении. В образец Е 0464-11, точки измерения (рис. 1): a — 1, b — 3, спектре 4, c вышеуказанная полоса вообще отсутствует, e — участок с малой плотностью дислокаций. (c, d) —образец Е 0464-14, d —точка 7 (рис. 3).

а в спектре 4, d отчетливо выделяются три полосы:

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № Характеризация макродефектов в пленках карбида кремния из данных рентгеновской топографии... кремниевым включениям, наблюдались в ряде спектров, Nd-Na, Номер hLO, ND, причем их положения в спектре, амплитуды и ширины Образец см-2 точки см-1 ATO/ATO см-были различными в разных точках образцов. В некоB 0853-7, 8 6 0.556 торых случаях налюдались даже две или три полоn-слой, 1015 2 6 0.557 сы, которые предположительно можно было связать с d = 15 мкм 3 6 0.559 Si–Si-колебаниями.

1 9.9 0.321 > На рис. 5 приведены спектры для образца E 0464-14.

E 0464-14, 5 6 0.545 На первом из них (a) имеются три полосы — 521, n-слой, (34)·1016 4 7.6 0.608 и 532 см-1, явно связанные с избыточным кремнием, d = 25 мкм; 3 6.5 0.551 находящимся в различных структурных конфигурациях.

p-слой, 1019 7 7.8 0.545 Из решеточных колебаний SiC здесь выделяется полоса d = 1мкм 12 7.8 0.495 > 510 см-1. Имеется также полоса 485 см-1, происхождеE 0464-11 3 6.5 0.615 n-слой, (23)·1016 4 6.0 0.836 105 ние которой не вполне ясно.

d = 25 мкм На втором рисунке (b) линия кристаллического кремния превалирует над всеми другими модами; имеются Примечание. d — толщина слоя.

также фононные полосы SiC: 504 и 507.5 см-1. В струк138.5, 148 и 166 см-1. Эти результаты говорят о существенном искажении кристаллической решетки в указанных точках. На рис. 4, e показан для сравнения спектр, полученный на участке пленки с относительно малой плотностью дислокаций (ND < 102 cм-2).

Исследования спектров в окрестности частот TO- и LO-фононов проводились в двух аспектах: 1) с точки зрения обнаружения кубической фазы и 2) с точки зрения влияния на спектр структурных дефектов. Включения кубической фазы оказались незначительными, хотя в отдельных точках образцов они все же были заметны.

Структурные нарушения, как уже упоминалось, больше влияют на форму и амплитуду полосы LO-фононов.

Исходя из вышеизложенного, на всех образцах в ряде точек были измерены рамановские спектры в этом диапазоне и определено отношение амплитуд ALO/ATO и ширин полосы LO-фононов (hLO) (см. таблицу).

Для точки 1 образца В 0853-7 с плотностью дислокаций ND > 106 см-2 значительное уширение полосы LOфонона соответствует заметному уменьшению отношения амплитуд полос ALO/ATO. Для других точек образцов с меньшей плотностью дислокаций отношение имеет значения, близкие к 0.56. Однако виден определенный разброс значений, причем в некоторых случаях они оказались большими, чем для ненарушенного участка пленок, что, по-видимому, требует специального исследования.Из данных, приведенных в таблице, можно видеть, что имеется лишь частичная корреляция результатов, полученных из рамановских спектров LO- и TO-фононов с распределением структурных дефектов на рентгенограммах. На вышеупомянутых образцах измерялись также рамановские спектры для выявления избыточного кремния в пленках 6H-SiC. Полосы, соответствующие Различие в средних значениях ALO/ATO для разных образцов не следует принимать во внимание, так как положение кристаллографических осей относительно вектора поляризации лазерного луча в Рис. 5. Спектры рамановского рассеяния. Поляризации каждом случае было произвольным. Измерения в разных точках одного падающего и рассеянного излучения параллельны. Образец образца выполнялись в одинаковой конфигурации вектора поляризации относительно осей кристалла в плоскости (0001).

Е 0464-14, точка измерения (рис. 3): a — 4, b — 14, c — 12.

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 1196 А.М. Данишевский, А.С. Трегубова, А.А. Лебедев углероду в стеклообразном состоянии. Неясно происхождение пика 1604 см-1.

На рис. 6 показан также аналогичный спектр (b), полученный на образце B 0853-7. Полосы двухфононного спектра здесь частично сливаются, образуя широкую полосу в окрестности 1515 1560 см-1. Пик 1480 см-1 ослаблен по сравнению со спектром a. Полосы, связанные с наличием углерода как в sp3-, так и в sp2-конфигурациях, также имеют место. На рисунке приведены еще два спектра, полученные на этом же образце. На первом из них (c) отчетливо видны полосы двухфононного спектра SiC. Здесь сильно увеличена в сравнении с предыдущими спектрами полоса 1568 см-1.

Pages:     || 2 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.