OISF氧化诱生层错pdf

　　晶体中的层错 晶体的 堆垛层错 （stacking fault ）与晶体 位错 （dislocation ）一样，也是一种晶体缺陷，但层错是一 种二维的缺陷或者面缺陷。在半导体晶体中，这些缺陷对于载流子而言，都将形成复合 - 产生中心以及散射 中心，并且还可能是造成漏电管道、其它缺陷成核中心等不良现象的重要因素，它们对于半导体器件性能 的影响极大。因此，在半导体衬底材料的制备和加工过程中需要特别注意防止各种晶体缺陷的产生。 （1 ）堆垛层错的产生机理： 对于具有面心立方 Bravais 格子的 Si 晶体（ Ge 晶体亦然） ，其中的原子按照正四面体形式分布着， 并且存在两种不同处境的原子（一种是正四面体中心的原子，另一种是正四面体顶角的原子）；在每一个 (111) 晶面上排列的都是同一种原子 ，并且呈现为六边形分布 （属于密排面的形式 ，但实际上不是密排面） ， Si 晶体有两种不同原子的 (111) 晶面。整个 Si 晶体即可看成为是由这两种 (111) 晶面沿着 111 晶向、 有规律（相间）地堆叠起来构成的（每一个原子面的上、下面间距不相等）。这种堆叠的规律可表示为 “…ABCABCABC…” ，这里的 A 、 B、C 都表示相互平行的 (111) 原子面。 对于同样具有面心立方 Bravais 格子的 GaAs 晶体，其中明显地存在两种不同元素原子的 (111) 晶面 （一种是 Ga(111) 晶面，另一种是 As(111) 晶面），整个晶体也可以看成为是由 Ga(111) 晶面和 As(111) 晶面沿着 111 晶向、相间地堆叠起来构成的。 但是，如果晶体中有某一个原子面的堆叠次序发生了错乱，则在该晶面处即出现了原子排列的混 乱—— 原子面的缺陷，这就是堆垛层错（简称为层错）。在图 1 中示出了两种形成堆垛层错的可能方式， 即是缺失一个不完整的原子面，或者插入一个不完整的原子面。 实际上，层错也往往可以通过原子的移动来形成。考虑图 2 中红色矩形框中的原子，当 (A) 面上的红 色原子受到力的作用而移动到了 B 面的位置时，就使得晶体原子面的堆叠次序发生了变化：自下而上、沿 着111 晶向堆叠的规律 ，由 “…ABCABCABC…” 变成了 “…ABCBCABC…” ，这就意味着在 C、B 两个 (111) 晶面的界面上产生了层错。与此同时，还可以见到，在矩形框中有层错的部分晶体，与其余部分没有层错 的晶体的交界处，即出现了原子分布的错乱 —— 位错，但是这种位错是不完整的，称为部分位错（或不全 位错）。可见，层错与部分位错密切相关。实际上，每插入一个不完整的原子面时，即形成一个层错（面 缺陷），而该层错面的端头处就是部分位错线。 此外，当晶体中存在许多晶格空位、并结合成片状的空位集合体时，也可以形成层错四面体，如图 3 所示。图中即表示 (111) 晶面上的原子在填充空位之后而形成层错四面体的过程：当 abc 三角形中的六个 原子全部被置换为空位之后，其上面一层的 d 、e、f 、g 四个原子就将落入下面的 (111) 晶面上，这就构成 层错四面体。 在微电子技术中有可能遇到的晶体层错，主要是在外延和氧化过程中所产生的外延层错和氧化诱生 层错两种。 （2 ）外延层错： 采用外延技术生长晶体时，是通过把原子一层一层地覆盖到衬底表面上的方式来进行的，因此一旦 遇到衬底表面上存在结构缺陷或者外来杂质原子时，就有可能失去正常的原子面的堆叠次序，从而产生出 层错 —— 外延层错。这种层错是从衬底表面开始成核，并且随着外延生长而长大，一直到达外延层表面， 成为区域性的缺陷。对于在 (111) 衬底上的外延层，层错的三个 (111) 晶面将包围成一个正四面体 —— 层错 四面体（ SFT ），如图 2 所示；图中的层错四面体倒立于外延层中，它的顶点在衬底 -外延层的界面上。 外延层错虽然发生在晶体内部，但是在晶体表面上，通过一定的腐蚀处理之后，可以观察到它们的 图形（层错晶面与晶体表面的交线的图形）。例如，在 (111) 晶面上的层错图形是等边三角形；在 (100) 晶 面上的层错图形是正方形。

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