УДК 539.2; 546.281 АТАЖАНОВ Ш.Р.

ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕТЕРОЭПИТАКСИИ КУБИЧЕСКОГО
КАРБИДА КРЕМНИЯ НА ПОРИСТОМ КРЕМНИИ

Самарский государственный университет
443011, г. Самара, ул. Акад. Павлова, 1, тел/факс 345455
E-mail: mida@ssu.samara.ru

В последнее годы существенно выросло количество исследований, в
которых изучается возможность использования пористых материалов в
качестве подложек для выращивания бездислокационных гетероэпитакси-
альных слоев. Основной причиной этого является возможность локализа-
ции дислокаций несоответствия исключительно в пористой подложке, что
трудно осуществимо при выращивании эпитаксиальных слоев на поверх-
ности монокристаллических материалов. Для выращивания качественных
эпитаксиальных слоев на поверхности монокристаллических материалов
дополнительно создается переходный, так называемый "буферный", слой
между подложкой и пленкой, в которой накапливаются эти дислокации
несоответствия и упругие напряжения, возникающие из-за различия между
их коэффициентами термического расширения [1,2].
На данный момент достаточно хорошо теоретически и эксперимен-
тально исследованы механизмы формирования Si на пористом кремнии
(ПК) и карбида кремния -модификации (6Н-SiC) на пористом карбиде
кремния той же модификации (ПКК) [3]. Однако, среди многочисленных
политипов SiC особым интересом пользуется кубический карбид кремния
(3С-SiC) как единственного политипа этого материала -модификации из-
за его уникальных электрофизических и оптических свойств, сохраняю-
щихся при высоких температурах.
В данной работе проводились исследования гетероэпитаксиальных
слоев 3С-SiC на ПК, полученных с помощью химического газотранспорт-
ного метода в открытой системе с использованием твердофазных источни-
ков.
Исходным материалом для образцов ПК служили легированные
фосфором пластины кремния КЭФ-2.4(100) и КЭФ-32(111). ПК формиро-
вался по стандартной технологии в процессе электрохимического травле-
ния в электролите, состоящем из 48%-ной плавиковой кислоты (HF) и эти-
лового спирта в соотношении 1:1. Время электрохимического травления
варьировалось в пределах 5-40 минут при плотности тока 20-30 мА/см2.
Для получения слоев 3С-SiC на ПК использовался реактор с ВЧ-
нагревом. Реактор содержит пьедестал, который имеет две температурные

зоны: зону исходных реагентов и зону химического разложения гидридов
углерода с последующим их осаждением на ПК. Температурный градиент
между двумя зонами обеспечивался тепловыми экранами в форме пьеде-
стала. Нагрев пьедестала осуществлялся ВЧ-полем, создаваемым генера-
тором типа ВЧГ4-25/0.44. Контроль температур осуществлялся оптиче-
ским пирометром с точностью 5°C.
Все исходные подложки ПК подвергались газовому травлению в ре-
акционной камере с использованием газа CСl4 в потоке водорода при тем-
пературах 1000-1150°C в течение 3-10 мин.
Температура и время процесса роста слоев 3С-SiC на ПК были в
пределах 1100-1200°C и 45-120 мин, соответственно. Скорость потока во-
дорода варьировалась в пределах 0.5-1.0 л/мин. При таких технологиче-
ских условиях скорость роста слоев 3C-SiC составляла около 1.0-2.5
мкм/час
Легирование слоев 3С-SiC на ПК проводилось в самом процессе их
роста. В качестве легирующих примесей использовались бор (B), фосфор
(Р) и галлий (Ga).
Структурные свойства слоев 3C-SiC на ПК были изучены с помо-
щью метода комбинационного рассеяния (КР). С использованием скани-
рующей зондовой микроскопии (СЗМ) были получены топология поверх-
ности исследуемых слоев. Для выяснения стехиометрии сформированного
3C-SiC слоя был проведен количественный оже-анализ.
Спектры комбинационного рассеяния исследуемых структур пока-
зали, что LO-полоса SiC испытывает наибольшие изменения по сравнению
с другими основными фононными полосами. LO-полоса имеет вид широ-
кой характерной полосы, который может быть объяснен нанокристалличе-
ской структурой образовавшегося слоя 3С-SiC.
На поверхностной топологии эпитаксиальных слоев, полученной с
помощью СЗМ, отсутствуют неоднородности. На атомарно-гладкой по-
верхности образца присутствуют только дефекты эпитаксиального роста,
так называемые ростовые образования, наличие которых может быть свя-
зано с состоянием подложки или условиями протекания процесса эпитак-
сии. Ростовые образования имеют пирамидальную форму и высоту от 10
до 40 нм.
Для выяснения стехиометрии 3C-SiC слоя сформированного на
ПК был проведен количественный оже-анализ с применением послойного
спыления поверхностного слоя ионами Ar+. Скорость спыления определя-
лась на многослойном тестовом образце и составила 1.5-2 нм/мин.
В оже-спектре, полученном непосредственно с поверхности SiC
слоя до ионного травления, четко фиксируются четыре линии, две из ко-
торых принадлежат кремнию в окисленном (75 эВ) и элементном (91 эВ)

состоянии. Еще две линии принадлежат углероду (KLL, 272 эВ) и кисло-
роду (KLL, 510 эВ). На поверхности исследуемого образца при контакте с
воздухом образовался естественный SiOx со стехиометрическим индексом
x=1.700.05. После трех минут ионного травления, т.е. после удаления
слоя толщиной 4.5-6 нм, в оже-спектре полностью исчезает линия окис-
ленного кремния.
Дальнейшее ионное травление позволяет определить, как меняет-
ся соотношение концентрации атомов кремния и углерода в гетероэпитак-
сиальном слое в зависимости от глубины. В сформированном слое имеется
тонкий слой порядка 60-80 нм нестехиометрического карбида кремния,
перенасыщенный кремнием - на пять атомов кремния приходится один
атом углерода. С увеличением глубины концентрация углерода возрастает,
и на глубинах более 80 нм пленка становится стехиометрической CC/CSi≈1.
Эти результаты показывают, что гетероэпитаксиальные слои 3С-SiC
на ПК, полученные с помощью химического газотранспортного метода в
открытой системе с использованием твердофазных источников, являются
совершенными.


1. Атажанов Ш.Р., Костишко Б.М., Комов А.Н., Чепурнов В.И.
Структура и состав пленок кубического карбида кремния, полученных ме-
тодом химических транспортных реакций с использованием твердофазно-
го свободного кремния и углерода // Поверхность. 1998. 11. С 117-123.
2. Addamiano A., Klein P. H. Chemically formed buffer layers for
growth of cubic silicon carbide on silicon single crystals // J. Cryst. Growth.
1984. V.70. P.291-294.
3. Савкина Н.С., Ратников В.В., Шуман В.Б. Влияние высокотемпе-
ратурного эпитаксиального роста слоев SiC на структуру пористого кар-
бида кремния // ФТП.2001. Т. 35. Вып.2. С. 159-163.