close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY15593

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2012.04.30
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
H 01L 21/302 (2006.01)
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛАСТИН
КРЕМНИЯ ОРИЕНТАЦИИ (001)
(21) Номер заявки: a 20100373
(22) 2010.03.12
(43) 2011.10.30
(71) Заявитель: Государственное научное учреждение "Физико-технический институт Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(72) Автор: Сенько Сергей Федорович
(BY)
BY 15593 C1 2012.04.30
BY (11) 15593
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Физико-технический институт Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(56) BY 7946 C1, 2006.
RU 93048197 A, 1995.
JP 63253632 A, 1988.
JP 2164040 A, 1990.
JP 5082526 A, 1993.
(57)
1. Способ изготовления полупроводниковых пластин кремния ориентации (001),
включающий ориентирование слитка кремния в плоскости реза, резку слитка на пластины,
удаление нарушенного слоя и полировку поверхности пластин до толщины t, отличающийся тем, что после полировки на нерабочую поверхность пластин наносят пленку нитрида кремния толщиной от 0,1 до 0,4 мкм, в которой методом фотолитографии
формируют рисунок в виде островков упомянутой пленки квадратной формы с расстоянием между сторонами соседних островков l = 10-100 мкм, причем стороны островков ориентируют в кристаллографических направлениях <100>, а длину стороны выбирают из
интервала от 0,2t до (0,8t-l).
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что упомянутые островки дополнительно разделяют на девять равных частей квадратной формы, центральную из которых удаляют.
Фиг. 4
Фиг. 6
BY 15593 C1 2012.04.30
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что оставшиеся упомянутые равные части дополнительно разделяют на элементы в виде девяти равных частей аналогичной формы,
центральную из которых удаляют, причем каждые вновь образованные оставшиеся равные части последовательно разделяют на элементы с удалением центрального аналогичным образом требуемое количество раз.
Изобретение относится к области электронной техники, в частности к микроэлектронике, и может быть использовано при изготовлении полупроводниковых приборов.
В настоящее время большинство полупроводниковых приборов изготавливается по
планарной технологии с использованием в качестве исходного материала плоской полупроводниковой пластины. Параметры исходной пластины во многом предопределяют
технические характеристики и выход изготавливаемых приборов. Важнейшим показателем качества полупроводниковых пластин является их устойчивость к процессам дефектообразования в процессе формирования активной структуры. Этот параметр отражен
практически во всех нормативных документах, определяющих технические требования к
полупроводниковым пластинам [1-3].
Вначале полупроводниковые подложки изготавливали путем резки монокристалла
кремния на пластины толщиной, обеспечивающей необходимую механическую прочность, после чего их подвергали химическому травлению для удаления нарушенного слоя
[4].
Недостатки полученных пластин связаны с тем, что микронеровности шероховатой
поверхности выступают в роли концентраторов механических напряжений и при проведении высокотемпературных операций в процессе формирования активной структуры полупроводниковых приборов служат источником возникновения кристаллографических
дефектов в приповерхностном объеме пластины. Они приводят к генерации дислокаций,
дефектов упаковки и линий скольжения, которые снижают напряжение пробоя формируемых p-n-переходов и увеличивают токи их утечки. Это не позволяет получить приборы
приемлемого уровня качества. Важным фактором, влияющим на дефектность рабочей поверхности пластины, является также наличие неконтролируемых загрязнений как в материале пластины, так и в технологических средах, используемых в производстве приборов.
Неконтролируемые примеси накапливаются вблизи рабочей поверхности пластины и приводят к образованию дополнительных дефектов, которые также значительно ухудшают
электрические характеристики получаемых приборов.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению, его прототипом является
способ изготовления полупроводниковых пластин кремния, включающий ориентирование
слитка кремния в плоскости реза, резку слитка на пластины в заданном кристаллографическом направлении, удаление нарушенного слоя химическим травлением и финишную
полировку поверхности пластины [5].
Полировка пластин позволяет заметно повысить качество изготавливаемых приборов
за счет удаления концентраторов напряжений на рабочей поверхности. Однако проблема
неконтролируемых загрязнений этим не решается.
Неконтролируемые примеси накапливаются в кремнии начиная уже с момента его выращивания. Одним из наиболее широко используемых типов подложек являются монокристаллические пластины ориентации (001), получаемые из кремния, выращенного
методом Чохральского, и содержащие в качестве загрязняющих примесей преимущественно кислород и углерод. Воздействие на пластину разнообразных технологических сред
при различных температурах, контакт с технологической оснасткой, изготовленной из
различных материалов, приводят к неконтролируемому загрязнению пластин металлами.
Особенностью распределения этих загрязнений по объему пластины является то, что они
концентрируются в приповерхностных областях. Их растворимость в кремнии сильно за2
BY 15593 C1 2012.04.30
висит от температуры. При нагреве от комнатной температуры до ∼ 1000 °С она повышается на несколько порядков. При последующем охлаждении пластин растворимость резко
падает, и фактическая концентрация примесей начинает превышать предельную растворимость, в результате чего образуются преципитаты, представляющие собой микроскопические выделения второй фазы. Плотность таких выделений достигает 106 см-2 и более. В
результате образования этих дефектов характеристики изготавливаемых приборов ухудшаются, а выход годных изделий снижается.
Таким образом, недостатком прототипа является низкая устойчивость пластин ориентации (001) к дефектообразованию в процессе изготовления полупроводниковых приборов.
Задачей заявляемого изобретения является повышение устойчивости пластин ориентации (001) к образованию преципитатов примесей.
Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления полупроводниковых
пластин кремния ориентации (001), включающем ориентирование слитка кремния в плоскости реза, резку слитка на пластины, удаление нарушенного слоя и полировку поверхности пластин до толщины t, после полировки на нерабочую поверхность пластин наносят
пленку нитрида кремния толщиной от 0,1 до 0,4 мкм, в которой методом фотолитографии
формируют рисунок в виде островков упомянутой пленки квадратной формы с расстоянием между сторонами соседних островков l = 10-100 мкм, причем стороны островков ориентируют в кристаллографических направлениях <100>, а длину стороны выбирают из
интервала от 0,2t до (0,8t-l);
а также тем, что упомянутые островки дополнительно разделяют на девять равных
частей квадратной формы, центральную из которых удаляют;
а также тем, что оставшиеся упомянутые равные части дополнительно разделяют на
элементы в виде девяти равных частей аналогичной формы, центральную из которых удаляют, причем каждые вновь образованные оставшиеся равные части последовательно разделяют на элементы с удалением центрального аналогичным образом требуемое
количество раз.
Сущность заявляемого технического решения заключается в поглощении неконтролируемых примесей управляемой самоформирующейся сеткой дислокаций, индуцированной
элементами рисунка в пленке Si3N4.
Поглощение неконтролируемых примесей дислокациями известно давно. Это явление
обусловлено высокой концентрацией ненасыщенных химических связей на дислокациях.
Однако методы управления характеристиками дислокационной структуры в настоящее
время развиты слабо. Настоящее техническое решение основано на явлении самоформирования дислокационной сетки за счет фрактального характера рисунка в пленке нитрида
кремния.
Нитрид кремния широко используется в электронной технике в качестве конструктивного материала для формирования активных и пассивных элементов. Особенностью пленок нитрида кремния является наличие в них высоких растягивающих напряжений - до
100 ГПа [6], обусловленных процессами формирования пленки. Несмотря на небольшое
различие в значении коэффициента линейного термического расширения (клтр) Si3N4 и
кремния (3,4 × 10-6 K-1 для Si3N4 [7] и 3,72×10-6 K-1 для Si [8]), использование высоких
температур при изготовлении полупроводниковых приборов и отсутствие полиморфных
превращений Si3N4 приводит к возникновению высоких механических напряжений на
границе раздела Si-Si3N4. Границы элементов топологического рисунка характеризуются
скачкообразным изменением значения и знака механических напряжений, что приводит к
образованию на этих границах дислокаций в кремнии. Наличие большого количества регулярно расположенных элементов пленки нитрида кремния на нерабочей поверхности
пластины приводит к формированию в ее объеме сетки дислокаций, управляемой параметрами рисунка.
3
BY 15593 C1 2012.04.30
Известно, что в кремнии основными плоскостями скольжения дислокаций являются
кристаллографические плоскости типа {111} и {110}. Для пластины ориентации (001)
плоскости типа {111} наклонены к поверхности под
v углом ∼ 54°44', плоскости
(110) и (1 1 0) перпендикулярны ей, а плоскости (101), (10 1 ), (011) и (0 1 1) наклонены под
углом 45°.
Стороны топологических элементов на поверхности пластины ориентации (001) могут
быть выполнены в одном из двух основных типов кристаллографических направлений <100> или <110>. Все остальные направления являются промежуточными. При ориентации сторон островков пленки нитрида кремния в одном из двух возможных направлений
типа <110>, а именно в направлениях [ 110 ] и [ 1 1 0 ], генерация и скольжение дислокаций
возможны в плоскостях (111), (11 1 ), (1 1 1), (1 1 1 ), (110 ) и (1 1 0 ) . Однако в связи с тем, что
плоскости типа {111} наклонены к поверхности, энергетически наиболее выгодными
плоскостями образования и скольжения дислокаций являются плоскости (110 ) и (1 1 0) , которые перпендикулярны поверхности пластины. При этом генерируемые дислокации
практически беспрепятственно прорастают на рабочую поверхность, приводя ее в негодность для формирования активных элементов полупроводниковых приборов.
При ориентации сторон островков нитрида кремния в одном из двух возможных направлений типа <100>, а именно в направлениях [100] и [010], генерация и скольжение
дислокаций возможны только в плоскостях (101), (10 1 ), (011), (0 1 1) , которые наклонены
под углом 45° к поверхности пластины. Генерация дислокаций именно в этих плоскостях
в данном случае энергетически наиболее выгодна и обусловлена тем, что возникающие
изгибающие моменты перпендикулярны сторонам топологических элементов. Плоскости
(101), (10 1 ), (011) и (0 1 1) перпендикулярны друг другу, поэтому генерируемые в этих
плоскостях дислокации блокируют друг друга в точках их пересечения с образованием
дислокационных полупетель, закрепленных концами на обратной стороне пластины. Поскольку генерация дислокаций наблюдается только на границах элементов Si3N4, расстояние от точки пересечения рассматриваемых плоскостей скольжения до поверхности
пластины зависит от размера элемента пленки нитрида кремния. Поэтому глубина проникновения дислокаций в пластину и характеристики дислокационной структуры в целом
эффективно управляются параметрами рисунка в пленке нитрида кремния.
Выбор квадрата в качестве основного элемента рисунка в пленке нитрида кремния
обусловлен тем, что, во-первых, только в этом случае обеспечивается ориентация всех
сторон элементов в равнозначных кристаллографических направлениях. Во-вторых, только в этом случае все плоскости скольжения дислокаций (101), (10 1 ), (011), (0 1 1) , генерируемые выбранным элементом рисунка, пересекаются внутри пластины в одной точке с
образованием пирамиды, что обеспечивает максимальное взаимное блокирование дислокаций. В случае выбора прямоугольной формы элементов условие по ориентации их сторон соблюдается, но рассматриваемые плоскости не пересекаются в одной точке, а
фигура, образованная ими, представляет собой обелиск. В этом случае управление глубиной проникновения дислокаций в пластину несколько затрудняется, т.к. их взаимное блокирование ослабевает.
Совокупность плоскостей (101), (10 1 ), (011), (0 1 1) скольжения дислокаций, формируемых единичным первичным элементом рисунка (островком) в пленке нитрида кремния,
образует пирамиду с основанием, совпадающим с этим элементом. Совокупность плоскостей (101), (10 1 ), (011) и (0 1 1) скольжения дислокаций, формируемых четырьмя ближайшими элементами по отношению к рассматриваемому, образует над этой пирамидой
дополнительный пирамидальный купол, что усиливает процессы взаимного блокирования
дислокаций. Вершины этих пирамидальных дефектов являются точками концентрации
4
BY 15593 C1 2012.04.30
механических напряжений, что приводит к формированию новых элементов дислокационной структуры. Совокупность вершин четырех ближайших пирамид определяет границы основания двух новых пирамид, одна из которых обращена вершиной вниз, а другая
вверх. Поскольку величина механических напряжений в кремниевой подложке по мере
удаления от поверхности пластин уменьшается, преимущественная генерация дислокаций
протекает во вновь образованной пирамиде, обращенной вершиной вниз. Грани этой пирамиды являются продолжением граней близлежащих пирамид, обращенных вершинами
вверх, т.е. возникает явление самоформирования дислокационной структуры. Это явление
сопровождается образованием и других новых элементов структуры - дефектов упаковки,
которые в зависимости от локальной плотности дислокаций могут быть полными или частичными. Эффективность поглощения неконтролируемых примесей дефектами упаковки
значительно выше, чем дислокациями, что обеспечивает качественно новый уровень устойчивости пластин к образованию преципитатов примесей в приповерхностной области
пластины.
Таким образом, формирование пленки нитрида кремния в соответствии с заявляемым
способом приводит к самоформированию дислокационной структуры в объеме кремниевой пластины.
Совокупность всех островков пленки нитрида кремния приводит к образованию дислокационной сетки, состоящей из множества пирамидальных структур. В связи с тем, что
рассматриваемая дислокационная структура образована первичными элементами рисунка,
условно назовем ее структурой первого уровня.
Разделение островка пленки нитрида кремния с размером стороны a на 9 равных частей квадратной формы и удаление центральной части приводит к возникновению в нем
окна с размером стороны, равным 1/3a. При этом образуется новый, второй уровень элементов рисунка, сопровождающийся возникновением новых границ. Возникновение новых границ, в свою очередь, сопровождается генерацией дислокаций вдоль этих границ.
Однако поскольку линейные размеры окна в 3 раза меньше размеров островка, глубина
проникновения генерируемых им дислокаций в пластину соответственно уменьшается.
Совокупность плоскостей скольжения, генерируемых вновь образованным элементом
(окном), также образует пирамиду с основанием, совпадающим с этим элементом. Совокупность всех вновь образованных окон приводит к формированию новой совокупности
пирамидальных дефектов по всей площади пластины. Образуется новый, второй уровень
дефектов структуры (дислокации и дефекты упаковки) кремния с глубиной проникновения, определяемой размерами соответствующих им окон, т.е. 1/3 часть от глубины проникновения дефектов предыдущего уровня.
Дальнейшее разделение оставшихся восьми частей островков пленки по тому же правилу (разделение на 9 равных квадратных частей и удаление центральной части) приводит
к формированию следующего уровня дислокационной структуры. Глубина его залегания
определяется размерами вновь образованных окон и составляет 1/3 часть от глубины залегания дефектов предыдущего уровня.
С каждым новым этапом формирования элементов возникает все новый уровень дислокационной структуры. Фрактальный характер рисунка в пленке нитрида кремния обеспечивает одновременное наличие дефектов различного размера, или уровня. Эти уровни
существуют не независимо друг от друга, а активно взаимодействуют друг с другом с образованием новых элементов дислокационной структуры за счет явления самоформирования. Их взаимодействие обусловлено, с одной стороны, взаимодействием полей
механических напряжений, а с другой стороны, тем, что при пересечении плоскостей
скольжения далеко не все дислокации блокируются. Часть из них прорастает далее вглубь
пластины и взаимодействует с дислокациями, генерируемыми другими элементами, сначала близлежащими, а затем и более отдаленными. Генерируемые различными элементами рисунка плоскости скольжения дислокаций многократно пересекаются друг с другом,
5
BY 15593 C1 2012.04.30
и при каждом их пересечении часть дислокаций блокируется. По мере увеличения количества пересечений все большая часть дислокаций блокируется, и с удалением от границы
элемента их плотность падает. В результате такого взаимодействия образуется дислокационная сеть, плотность которой увеличивается при приближении к нерабочей стороне
пластины, а максимальная глубина проникновения определяется размерами первичных
элементов.
Экспериментально установлено, что максимальная глубина h проникновения дислокаций составляет величину, равную сумме длины стороны первичного элемента рисунка a и
расстояния между ними l, что соответствует удвоенной высоте пирамидальных дефектов.
Эта глубина h не должна превышать толщину пластины t, т.е. (a + l) ≤ t. В противном случае дислокации достигнут рабочей поверхности пластины и приведут ее в негодность. С
учетом глубины активной структуры и допусков на разброс толщины пластины требования по размерам первичного элемента рисунка ужесточаются до значения (a + l) ≤ 0,8t,
или a ≤ 0,8t-l.
Минимальное значение длины стороны a первичных элементов определяется долей
объема пластины, которую занимает дислокационная структура. Экспериментально установленным минимальным значением является a = 0,2t, при котором с учетом фактической
величины l примерно четверть объема пластины занята дислокациями. Меньшие значения
a приводят к заметному снижению эффективности поглощения неконтролируемых примесей.
Размер элементов следующего уровня, на которые затем разделяют первичные элементы, определяется размером первичного элемента. Так, каждый квадрат, представляющий собой первичный элемент, в соответствии с заявляемым техническим решением
может быть разделен ровно на 9 равных частей квадратной формы, из чего следует, что
длина стороны вновь образованного элемента (а именно окна в островке пленки нитрида
кремния) составляет 1/3a. Повторное разделение каждой из оставшихся восьми частей
островка пленки опять-таки на 9 равных частей квадратной формы и удаление центральных вновь образованных частей приводит к образованию восьми новых окон с длиной
стороны (1/3)2a. В целом длину стороны элемента можно выразить как an = (1/3)(n-l) a, где n порядковый номер уровня элемента, причем для первичного островка n = 1, для элементов
второго уровня n = 2 и т.д. Минимальный размер элементов рисунка при этом в принципе
ограничен только возможностями технологического оборудования. Однако, как показывает практика, для решения поставленной в данном случае задачи достаточно, как правило,
до трех уровней вновь образованных элементов. Внешний вид структур различного уровня приведен несколько ниже. Трудоемкость формирования рисунка в пленке нитрида
кремния при этом не зависит от количества уровней элементов.
Расстояние l между первичными элементами рисунка в пленке нитрида кремния определяется размерами зоны упругого влияния, возникающей в результате взаимодействия
пленки нитрида кремния с подложкой. Максимальные механические напряжения вносятся
в структуру элементами максимального размера. Поэтому первичные элементы рисунка
являются, с одной стороны, инициирующими процесс дефектообразования, а с другой ограничивающими прорастание дислокаций на рабочую сторону. Если расстояние l между
первичными элементами составляет величину менее 10 мкм, например 5 мкм, механические напряжения, индуцируемые этими элементами, активно взаимодействуют друг с другом с образованием сплошного поля напряжений. Величина градиента этого поля на
границе раздела элементов, инициирующая генерацию дислокаций, оказывается слишком
маленькой для того, чтобы дислокации проникли в пластину на глубину, достаточную для
образования дислокационных полупетель. В результате дислокации генерируются не
только по краю элемента, но и внутри его. Дислокационная структура оказывается неуправляемой.
6
BY 15593 C1 2012.04.30
Увеличение расстояния l между первичными элементами до значения свыше 100 мкм,
например 200 мкм, приводит к невозможности взаимодействия полей напряжений, вносимых соседними элементами рисунка в пленке нитрида кремния. В результате дислокационная структура формируется по островковому принципу внутри разделенных между
собой пирамид. Процессы самоформирования обрываются на границе этих пирамид, единая устойчивая структура не образуется.
Толщина пленки нитрида кремния менее 0,1 мкм, например 0,05 мкм, не обеспечивает
достаточно высокого уровня механических напряжений, необходимых для формирования
дислокационной структуры. Дислокационная сетка получается неплотной, процессы самоформирования практически отсутствуют, поэтому эффективность этой структуры очень
мала. Толщина пленки нитрида кремния более 0,4 мкм, например 0,6 мкм, приводит к генерации дислокаций не только по краю, но и внутри элементов. Внутри элементов они образуются преимущественно в плоскостях (110 ) и (1 1 0 ) , перпендикулярных поверхности
пластины, что является неприемлемым.
Заявляемое техническое решение поясняется фиг. 1-6.
На фиг. 1 приведено схематическое изображение рисунка в пленке нитрида кремния,
состоящее из первичных элементов в виде островков квадратной формы с длиной стороны
a и расстоянием между ними l. На фиг. 2 приведено изображение рисунка в пленке нитрида кремния, состоящее из первичных элементов, в которых сформированы элементы второго уровня путем разделения первичных островков на 9 равных квадратных частей и
удаления центральной части с образованием окна с длиной стороны 1/3a. На фиг. 3 приведено изображение рисунка в пленке нитрида кремния, состоящее из первичных элементов,
в которых сформированы элементы второго и третьего уровней. На фиг. 4 приведено изображение рисунка в пленке нитрида кремния, состоящее из первичных элементов, в которых сформированы элементы второго, третьего и четвертого уровней. На фиг. 5
приведено схематическое изображение элемента дислокационной структуры, образованной плоскостями скольжения {110} дислокаций, генерируемых первичным элементом рисунка. Для наглядности этот элемент приведен в координатах XYZ и вписан в куб,
представляющий собой множество элементарных ячеек кристаллической решетки кремния, а плоскости скольжения выделены заливкой. На фиг. 6 схематически изображено сечение полученной пластины в плоскости (100). Дислокационная структура в объеме
пластины сформирована в результате релаксации механических напряжений, внесенных
пленкой нитрида кремния с рисунком, приведенным на фиг. 3, и соответствует виду AA*.
На фиг. 6 приняты следующие обозначения: 1 - полупроводниковая пластина толщиной t,
2 - активные элементы формируемых полупроводниковых приборов, 3 - островки пленки
нитрида кремния со вскрытыми в них окнами 4. Жирными линиями обозначены плоскости скольжения дислокаций, генерируемые краями элементов рисунка в пленке нитрида
кремния и пересекающиеся друг с другом с образованием пирамиды, основанием которой
является элемент рисунка (островок или окно). Тонкими линиями обозначены остальные
плоскости скольжения. Из фиг. 6 видно, что глубина проникновения дислокаций, генерируемых первичным элементом, размер которого максимален, составляет h1 = (a + l), глубина проникновения дислокаций, генерируемых элементом второго уровня, составляет
h2 = (a/3 + l), глубина проникновения дислокаций, генерируемых элементом третьего
уровня, составляет h3 = (a/9 + l) и т.д. Максимальная глубина проникновения дислокаций в
пластину h не превышает величины h1. Области генерации дислокаций, соответствующие
их самоформированию, выделены заливкой. Сравнительный анализ структуры этих областей со структурой областей, образованных непосредственно элементами рисунка в
пленке нитрида кремния (выделено жирными линиями), показывает их идентичность. Как
видно из фиг. 6, эти области способствуют своеобразной сшивке всей дислокационной
структуры, что заметно повышает ее эффективность и устойчивость.
7
BY 15593 C1 2012.04.30
Таким образом, полученная дислокационная сетка представляет собой сложную организованную структуру, состоящую из множества взаимно проникающих пирамид, образованных плоскостями скольжения (101), (10 1 ), (011) и (0 1 1) , причем плотность дислокаций
увеличивается при приближении к нерабочей стороне пластины.
Распределение концентрации неконтролируемых примесей по объему пластины определяется их растворимостью в различных областях этой пластины. При этом растворимость неконтролируемых примесей в значительной мере определяется возможностью
образования химической связи с материалом пластины. С увеличением количества ненасыщенных (оборванных) химических связей вероятность образования связи между загрязняющей примесью и кремнием возрастает, т.к. уменьшается энергия активации их
взаимодействия. При отсутствии сетки дислокаций наибольшим количеством оборванных
химических связей в кремнии располагает приповерхностная область пластины, в которой
формируется активная структура полупроводникового прибора. Наличие дислокационной
сетки с высокой плотностью ненасыщенных химических связей приводит к значительному увеличению растворимости неконтролируемых примесей в объеме пластины, где их
влияние на характеристики изготавливаемых приборов практически исключено. В процессе термообработки при формировании активной структуры полупроводникового прибора неконтролируемые примеси приобретают высокую подвижность и свободно
перемещаются по всему объему пластины. При охлаждении структур концентрация неконтролируемых примесей перераспределяется в соответствии с существующей в объеме
пластины плотностью ненасыщенных химических связей. Поскольку плотность таких связей в области сформированной дислокационной сетки на несколько порядков превышает
их плотность в приповерхностной области, неконтролируемые примеси практически полностью концентрируются в объеме пластины, а ее рабочая поверхность остается чистой.
Отсутствие неконтролируемых примесей вблизи рабочей поверхности пластины обеспечивает и отсутствие их преципитации, т.е. дефекты на рабочей поверхности не образуются. Таким образом, устойчивость пластины к образованию кристаллографических
дефектов в процессе изготовления активных элементов полупроводниковых приборов
значительно возрастает.
Изготовление и испытания пластин на устойчивость к образованию преципитатов неконтролируемых примесей проводили следующим образом.
Для исследований использовали слитки кремния марки 100 КЭФ 4,5 ориентации (001),
предварительно отсортированные по завышенному содержанию неконтролируемых примесей. При помощи рентгеновской установки УРС-60И слитки ориентировали в плоскости реза и выполняли на нем базовые и маркировочные срезы. Далее слитки приклеивали
к графитовой оправке и устанавливали на станок для резки слитков полупроводниковых
материалов на пластины "Алмаз-6M". После резки с пластин снимали фаску и травили их
в 70 % растворе едкого натра для удаления нарушенного слоя. Затем проводили полировку пластин. Толщина t полученных пластин составила 450 мкм. Отсюда расчетными значениями размера a первичного элемента являются величины от 0,2t = 90 мкм до (0,8t-l) =
350 мкм. Пленку Si3N4 требуемой толщины формировали за счет реакции между дихлорсиланом и аммиаком на установке "Изотрон-4-150". Рисунок в пленке Si3N4 формировали
методами стандартной фотолитографии и плазмохимического травления. Характеристики
полученной структуры приведены в таблице.
8
BY 15593 C1 2012.04.30
9
№
п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
Влияние режимов формирования пленки нитрида кремния на устойчивость пластин к дефектообразованию
Толщина
Расстояние
Плотность дефектов на рабочей стороне плаРазмер
пленки
между пер- Количество Ориентация
стины, см-2
первичного
Примечание
нитрида
вичными
уровней эле- сторон элеэлемента,
кремния,
элементами,
ментов
ментов
дефектов
мкм
дислокаций
микродефектов
мкм
мкм
упаковки
0,05
250
50
3
<100>
2×103
6×103
0,1
7×101
5×101
2
250
50
3
0,3
<100>
1×10
3×101
0,4
6×101
7×100
0,6
250
50
3
<100>
8×103
1×101
5×102
0,3
50
50
3
<100>
9×103
2×101
8×102
1
90
50
9×10
2×101
0,3
3
250
50
<100>
2×102
2×101
350
10
1×102
3×101
3
2
3
0,3
600
50
<100>
4×10
3×10
4×101
0,3
250
5
3J
<100>
5×103
2×102
1×101
10
9×101
3×101
2
50
0,3
250
3
<100>
1×10
5×101
100
5×101
4×101
0,3
250
200
3
<100>
3×102
1×103
1
1
фиг. 1
3×10
1×101
1
1
2
фиг. 2
3×10
2×10
1
1
0,3
250
50
<100>
3
фиг. 3
6×10
1×10
1
0
4
фиг. 4
4×10
6×10
1
0
5
5×10
5×10
0,3
250
50
3
<100>
5×106
4×103
3
2
Прототип
5×10
1×10
5×105
10
BY 15593 C1 2012.04.30
Для оценки устойчивости полученных пластин к дефектообразованию их окисляли в
сухом кислороде сначала в течение 3 часов при температуре 850 °С, а затем в течение
3 часов при температуре 1200 °С на установке АДС 6-100. Первая стадия термообработки
при температуре 850 °С служила для генерации дислокационной структуры, а вторая при
температуре 1200 °С - для преципитации дефектов. Затем с них удаляли образовавшийся
диоксид кремния и подвергали травлению в травителе Секко для выявления кристаллографических дефектов на рабочей стороне структур. Плотность микродефектов, отражающих наличие неконтролируемых примесей, а также плотность дислокаций и дефектов
упаковки определяли методом оптической микроскопии при увеличении 250×. Результаты
контроля приведены в таблице.
Из приведенных данных видно, что при использовании заявляемого технического решения устойчивость пластин к образованию преципитатов примесей на рабочей стороне
значительно возрастает. Ориентация сторон элементов рисунка в направлениях типа
<110> приводит к значительному повышению плотности дислокаций и дефектов упаковки
на рабочей стороне пластин. Использование запредельных значений заявляемых параметров не позволяет в полной мере решить поставленную задачу.
Таким образом, заявляемое техническое решение позволяет по сравнению с прототипом повысить устойчивость пластин к дефектообразованию.
Источники информации:
1. ETO.035.578 ТУ. Пластина кремния монокристаллическая.
2. ETO.035.206 ТУ. Пластина кремния монокристаллическая.
3. ETO.035.240 ТУ. Пластина кремния монокристаллическая.
4. Гаврилов Р.Л. Технология производства полупроводниковых приборов. - М.: Энергия, 1968. - С. 46.
5. Патент РБ 7946, МПК7 H 01L 21/302, 21/304, 21/02, 2006 (прототип).
6. Технология СБИС: В 2-х кн. Кн. 1: Пер. с англ. / Под ред. С. Зи. - М.: Мир, 1986. С. 161.
7. Кислый П.С. Кремния нитрид. Химическая энциклопедия. Т. 2. - М.: Советская энциклопедия, 1990. - С. 519.
8. Мильвидский М.Г. Кремний. Химическая энциклопедия. Т. 2. - М.: Советская энциклопедия, 1990. - С. 508-509.
Фиг. 1
Фиг. 2
10
BY 15593 C1 2012.04.30
Фиг. 3
Фиг. 5
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
11
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
1 462 Кб
Теги
by15593, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа