Электрофизические параметры полупроводниковых структур и микросхем весьма чувствительны к состоянию их поверхности. Реальная поверхность подложки полупроводника взаимодействует с кислородом, парами воды, кислотами и другими компонентами окружающей среды. При этом образуются различные окислы, гидраты и другие фазовые пленки. Физико-химические свойства полупроводника на поверхности и в объеме отличаются. Па поверхности реальных полупроводниковых структур возникают энергетические состояния, обусловленные наличием некомпенсированных валентных связей у поверхностных атомов и искажением потенциала решетки у поверхности, вызванным адсорбированными атомами и поверхностными дефектами. Для поверхности полупроводника характерно нарушение периодичности кристаллической решетки. При этом изменяется и структура энергетических зон. Их наличие вызывает сложные электронные процессы и явления, неблагоприятно отражающиеся на работе твердотельных приборов. В частности, наличие у поверхности полупроводников областей, электрические свойства которых определяются не объемными концентрациями, а величиной поверхностного заряда, оказывает значительное влияние па электропроводность, работу выхода, фото-ЭДС, обратный ток р—г-перехода, коэффициент усиления транзисторов, пробой р—«-перехода, надежность схемы и т. д.
Дефекты кристаллической структуры полупроводника в значительной степени влияют на электрические характеристики системы металл — окисел — полупроводник (МОП-структуры).
Очистка поверхности подложек кремния перед их окислением 5%ным раствором полнакрилонитрила в диметилформамиде приводит к минимальной эффективной плотности поверхностных состояний и обеспечивает получение пленки ЗЮг с большим удельным объемным сопротивлением и высокой электрической прочностью.
Существенное влияние оказывает кристаллическая структура полупроводника и чистота его поверхности на процессы диффузии примесей и особенно на их распределение в локализованных областях внутри диффузионных зон.
Наличие на поверхности пластины посторонних частиц или нарушений структуры приводит к неравномерному распределению примесей, образованию р—л-переходов с изменяющейся глубиной залегания, а в транзисторных структурах — к неравномерности толщины базы и изменению свойств транзисторов. При этом имеет значение и обработка нерабочей стороны подложки. Дефекты поверхности приводят к снижению выхода годных приборов, даже если эти дефекты имеются на обратной стороне подложки. Для устранения дефектов структуры на рабочей поверхности при высокотемпературных процессах окисления кремния следует стремиться к одинаковой степени обработки и нерабочей стороны подложки.
Большое влияние оказывают микро-морфология, степень чистоты и кристаллическое совершенство поверхности подложек на морфологию, кристаллическую структуру и электрофизические свойства выращенных на них эпитаксиальных пленок. Состояние поверхности подложки и способ ее обработки оказывает влияние на кинетику роста слоя в начальный период, на форму зародышей, скорость роста, образование дефектов. Микрорельеф эпитаксиальной пленки, как правило, повторяет микрорельеф подложки. Эпитаксиальная пленка может наследовать дефекты подложки или устранять их в зависимости от условий обработки п режима осаждения. Источниками дефектов в эпитаксиальных слоях могут быть также различные поверхностные загрязнения (частицы пыли, остатки органических и других загрязнений), фазовые пленки. Эти дефекты могут служить центрами образования дефектов выращиваемой эпитаксиальной пленки, проявляющихся в виде выступов, углублений и дислокаций. Адсорбированные атомы взаимодействуют с окнеными пленками и другими чужеродными фазами и реализуется трехмерное зародышеобразование — дефект упаковки.
Плотность дефектов упаковки определяется наличием в приповерхностном слое подложки механических повреждений и напряжении, загрязнении посторонними примесями п ступеньками окисла. Электронно-микроскопические исследования выявили существенное различие в морфологии поверхности эпитаксиальных пленок, выращенных на подложках после различных механических и химических обработок. Эпитаксиальный слой на механически полированной, подложке имеет грубо-ступенчатый рельеф. На химико-механически и химически полированных подложках часто растут без видимых ступеней, но с ямками роста. После газового травления подложек плотность ямок роста существенно понижается вплоть до полного их исчезновения при большом времени травления. Изучение скорости роста и морфологии слоев от времени роста для подложек, обработанных химическим н газовым травлением, показало отсутствие существенной разницы в микро-морфологии слоев.
Исследование влияния обработки поверхности подложек арсенида галлия на сопротивление невыпрямляющих контактов показало, что наименьшее сопротивление контактов достигается при сочетании механической полировки суспензией окиси хрома с последующим химико-динамическим полированием подложек ОаАз в щелочно-перекисном травителе.
Способ обработки поверхности подложек и ее качество оказывает существенное влияние и на такие структурные и электрические характеристики эпитаксиальных пленок арсенида галлия, как микро-твердость, плотность дислокаций и подвижность носителей заряда. В [90] исследовано влияние режимов механической и химической обработки подложек кремния на вольт-амперные характеристики эпитаксиальных р—я-переходов. Установлено, что использование газового травления (безводным хлористым водородом) подложек из кремния перед газовой эпитаксией позволяет снизить плотность дефектов упаковки в авто-эпитаксиальных слоях кремния на 1—2 порядка, стабильно обеспечить резкий пробой на р—г-переходе, увеличить величину пробивного напряжения на 50% и уменьшить плотность обратного тока на 3—4 порядка.
В [91] приводятся результаты исследования влияния различных технологических операций процесса формирования кремниевых эпитаксиальных структур со скрытыми диффузионными слоями на аномально высокую плотность (от 103 до 104 см 2) дефектов упаковки. Показано, что эпитаксиальные дефекты упаковки формируются на микродефектах, образующихся в процессе механической обработки пластин 51. Генерация обнаруженных микродефектов происходит при проведении финишного химико-механического полирования. Толщина слоя, в котором происходит генерация дефектов, составляет около 50—70 мкм. Уменьшение концентрации дефектов в поверхностном слое подложек 51 пр;1 ХМП достигается выбором оптимальных технологических режимов обработки: состава суспензии, полировального полотна, увеличения теплоотвода из зоны полирования и др.
Из краткого рассмотрения работ по влиянию качества и обработки подложек на электрофизические свойства выращенных на них эпитаксиальных структур и приборов на их основе видно, что технология изготовления полупроводниковых приборов, в частности МОП-транзисторов и интегральных микросхем, требует тщательной подготовки поверхности полупроводниковой подложки. Поэтому постоянное совершенствование методов и способов физико-химической обработки и подготовки поверхности полупроводниковых подложек с одновременным контролем их качества и структуры является актуальной проблемой.