close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY15740

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
H 01L 33/16
(2006.01)
(2010.01)
ПОЛУПРОВОДНИКОВАЯ КРЕМНИЕВАЯ ПЛАСТИНА
ОРИЕНТАЦИИ (001)
(21) Номер заявки: a 20100380
(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 15740 C1 2012.04.30
BY (11) 15740
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Физико-технический институт Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(56) BY 1188 U, 2003.
JP 2010/037185 A.
JP 2008/022032 A.
(57)
1. Полупроводниковая кремниевая пластина ориентации (001) с полированной рабочей поверхностью и толщиной t, обеспечивающей необходимую прочность, отличающаяся тем, что на нерабочей поверхности содержит пленку нитрида кремния толщиной
от 0,1 до 0,4 мкм, в которой выполнены чередующиеся в шахматном порядке элементы
квадратной формы в виде окон в пленке и островков пленки с длиной стороны, выбранной
из интервала от 0,25t до 0,8t, причем стороны элементов ориентированы в кристаллографических направлениях типа <100>, а окна заполнены пленкой диоксида кремния толщиной от 0,1 до 2,0 мкм.
2. Пластина по п. 1, отличающаяся тем, что центральная часть каждого окна, заполненного пленкой диоксида кремния, и каждого островка пленки нитрида кремния
сформирована как одна из девяти его равных частей квадратной формы в виде дополнительного островка пленки нитрида кремния и в виде дополнительного окна, заполненного
указанной пленкой диоксида кремния, соответственно.
Фиг. 4
Фиг. 7
BY 15740 C1 2012.04.30
3. Пластина по п. 2, отличающаяся тем, что каждая из указанных частей, кроме центральных, выполнена с фрактальной структурой, образованной формированием в каждой
из частей, кроме центральных, дополнительной центральной части как одной из девяти ее
равных частей квадратной формы, причем в окне - в виде дополнительного островка пленки нитрида кремния, а в островке - в виде дополнительного окна, заполненного указанной
пленкой диоксида кремния.
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 приборы изготавливали с использованием в качестве исходного материала кремниевых пластин круглой формы с толщиной, обеспечивающей необходимую механическую прочность, с шероховатой рабочей поверхностью [4].
Такие пластины изготавливают обычно путем химического травления нарушенного
слоя, образующегося в процессе резки слитка кремния на пластины. Недостатки рассматриваемой конструкции 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
полупроводниковая пластина круглой формы с полированной рабочей поверхностью и
маркировочными срезами на краю пластины [5].
Маркировочные срезы на краю пластины позволяют различать пластины различных
типономиналов. Полировка пластин позволяет заметно повысить качество изготавливаемых приборов за счет удаления концентраторов напряжений на рабочей поверхности. Однако проблема неконтролируемых загрязнений этим не решается.
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 зависит от температуры. При нагреве от комнатной температуры до ~1000 °С она повышается на несколько
2
BY 15740 C1 2012.04.30
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 ухудшаются характеристики изготавливаемых приборов и снижается выход годных изделий.
Таким образом, недостатками прототипа является низкая устойчивость пластин 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 полупроводниковая кремниевая пластина ориентации (001) с полированной рабочей поверхностью и толщиной t, обеспечивающей необходимую прочность, на нерабочей поверхности содержит пленку нитрида кремния
толщиной от 0,1 до 0,4 мкм, в которой выполнены чередующиеся в шахматном порядке
элементы квадратной формы в виде окон в пленке и островков пленки с длиной стороны,
выбранной из интервала от 0,25t до 0,8t, причем стороны элементов ориентированы в кристаллографических направлениях типа <100>, а окна заполнены пленкой диоксида кремния толщиной от 0,1 до 2,0 мкм;
а также тем, что центральная часть каждого окна, заполненного пленкой диоксида
кремния, и каждого островка пленки нитрида кремния сформирована как одна из девяти
его равных частей квадратной формы в виде дополнительного островка пленки нитрида
кремния и в виде дополнительного окна, заполненного указанной пленкой диоксида кремния, соответственно;
а также тем, что каждая из указанных частей, кроме центральных, выполнена с фрактальной структурой, образованной формированием в каждой из частей, кроме центральных,
дополнительной центральной части как одной из девяти ее равных частей квадратной
формы, причем в окне - в виде дополнительного островка пленки нитрида кремния, а в островке - в виде дополнительного окна, заполненного указанной пленкой диоксида кремния.
Сущность заявляемого технического решения заключается в поглощении неконтролируемых примесей управляемой самоформирующейся сеткой дислокаций, индуцированной
элементами рисунка в комбинированной пленке нитрида и диоксида кремния.
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 комбинированной пленке нитрида и диоксида 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. Разделение элементов пленки нитрида кремния элементами пленки диоксида кремния усиливает описываемые процессы за счет того, что локальные островки
3
BY 15740 C1 2012.04.30
нитрида кремния способствуют углублению диоксида кремния в подложку, что приводит
к возникновению дополнительных распирающих напряжений на границах раздела элементов. Эти напряжения носят термический характер, однако их релаксация протекает
также через образование дислокаций в материале подложки.
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 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 элементов рисунка в пленке нитрида-диоксида 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 элементов рисунка в комбинированной пленке нитрида и диоксида 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) и (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 и SiO2, расстояние от точки пересечения рассматриваемых плоскостей скольжения до поверхности пластины зависит от размера элемента рисунка. Поэтому глубина проникновения дислокаций в пластину и характеристики
дислокационной структуры в целом эффективно управляются параметрами рисунка в
комбинированной пленке нитрида и диоксида кремния.
Выбор квадрата в качестве основного элемента рисунка обусловлен тем, что, вопервых, 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) и (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) и (0 1 1) скольжения дислокаций, формируемых единичным первичным элементом рисунка (как нитридом, так и диоксидом,
что то же самое, поскольку плоскости скольжения генерируемых дислокаций наклонены
под углами как +45°, так и –45°), образует пирамиду с основанием, совпадающим с этим
элементом. Вершины этих пирамидальных дефектов являются точками концентрации ме4
BY 15740 C1 2012.04.30
ханических 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, заявляемое расположение элементов комбинированной пленки нитрида и диоксида кремния приводит к самоформированию дислокационной структуры в объеме кремниевой пластины.
Совокупность всех элементов пленки нитрида и диоксида 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 первичного элемента рисунка (как нитрида, так и диоксида) с размером
стороны a на 9 равных частей квадратной формы и замена центральной части на контрастную по отношению к данному элементу приводят к возникновению нового элемента
(диоксида в случае выбора в качестве первичного элемента островка нитрида и, соответственно, нитрида в случае выбора диоксида) с размером стороны, равным 1/3a. При этом образуется новый, второй уровень элементов рисунка, сопровождающийся возникновением новых
границ Si3N4-SiO2. Возникновение новых границ, в свою очередь, сопровождается генерацией дислокаций вдоль этих границ. Однако, поскольку линейные размеры элементов
второго уровня в 3 раза меньше размеров элементов первого уровня (т.е. первичных элементов), глубина проникновения генерируемых ими дислокаций в пластину соответственно
уменьшается. Совокупность плоскостей скольжения, генерируемых некоторым выбранным вновь образованным элементом, также образует пирамиду с основанием, совпадающим с
этим элементом. Совокупность всех вновь образованных элементов рисунка 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 элементов, т.е. 1/3 от глубины проникновения дефектов предыдущего уровня.
Дальнейшее разделение оставшихся восьми частей первичных элементов пленки по
тому же правилу (разделение на 9 равных квадратных частей и замена центральной части
на контрастную) приводит к формированию следующего уровня дислокационной структуры. Глубина его залегания определяется размерами вновь образованных элементов и
составляет 1/3 от глубины залегания дефектов предыдущего уровня.
С каждым новым этапом формирования элементов возникает все новый уровень дислокационной структуры. Фрактальный характер рисунка в комбинированной пленке нитрида и диоксида 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
5
BY 15740 C1 2012.04.30
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, 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. Точки пересечения плоскостей
скольжения дислокаций являются точками концентрации механических напряжений, что
приводит к самоформированию новых элементов дислокационной структуры. 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 длине стороны первичного элемента рисунка a, что соответствует удвоенной высоте пирамидальных дефектов. Эта глубина h не должна
превышать толщину пластины t, т.е. a≤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≤0,80t.
Минимальное значение длины стороны a первичных элементов определяется долей
объема пластины, которую занимает дислокационная структура. Экспериментально установленным минимальным значением является a = 0,25t, при котором 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 составляет 1/3a. Повторное разделение каждой из оставшихся восьми частей элемента пленки опять-таки на 9 равных частей квадратной формы и замена центральных вновь образованных частей на контрастные (нитрида
на диоксид и, соответственно, диоксида на нитрид) приводят к образованию восьми новых
элементов с длиной стороны (1/3)2a. В целом длину стороны элемента можно выразить
как an = (1/3)(n-1)a, где n - порядковый номер уровня элемента, причем для первичного элемента 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 при этом не зависит от количества уровней элементов, поскольку осуществляется
в едином технологическом цикле.
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.
Толщина пленки диоксида кремния менее 0,1 мкм, например 0,05 мкм, также не обеспечивает достаточно высокого уровня механических напряжений, необходимых для усиления формирования дислокационной структуры. Ее наличие в этом случае практически
6
BY 15740 C1 2012.04.30
незаметно. Толщина пленки диоксида кремния более 2,0 мкм, например 3,0 мкм, приводит
к сильному дисбалансу напряжений, генерируемых диоксидом и нитридом кремния, в результате чего рассмотренные выше закономерности генерации дислокаций перестают соблюдаться.
Заявляемое техническое решение поясняется фиг. 1-7.
На фиг. 1 приведено схематическое изображение заявляемого рисунка, состоящее из
первичных элементов в виде островков пленки нитрида кремния и пленки диоксида кремния квадратной формы с длиной стороны a, чередующихся в шахматном порядке по отношению к друг другу. На фиг. 2 приведено изображение рисунка, состоящее из
первичных элементов, в которых сформированы элементы второго уровня путем их разделения на 9 равных квадратных частей и замены центральной части на контрастную.
Длина стороны вновь образованного элемента составляет 1/3a. На фиг. 3 приведено изображение рисунка в комбинированной пленке нитрида и диоксида кремния, состоящее из
первичных элементов, в которых сформированы элементы второго и третьего уровней. На
фиг. 4 приведено изображение рисунка, 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 приведено схематическое изображение элементов дислокационной структуры, образованной плоскостями скольжения {110} дислокаций, генерируемых четырьмя соседними первичными элементами рисунка (в данном
случае эти элементы приведены в координатах XYZ и вписаны в куб, представляющий
собой множество элементарных ячеек кристаллической решетки кремния, количество которых увеличено в 8 раз по отношению к изображению, приведенному на фиг. 5). Из
фиг. 6 видно, что вершины пирамидальных дефектов, образованных первичными элементами, определяют границы основания (выделено пунктирной линией) самоформирующегося пирамидального дефекта с вершиной в точке O. На фиг. 7 схематически изображено
сечение заявляемой пластины в плоскости (100). Дислокационная структура в объеме пластины сформирована в результате релаксации механических напряжений, внесенных комбинированной пленкой нитрида и диоксида кремния с рисунком, приведенным на фиг. 3,
и соответствует виду AA*. На фиг. 7 приняты следующие обозначения: 1 - полупроводниковая пластина толщиной t, 2 - активные элементы формируемых полупроводниковых
приборов. На нерабочей стороне пластины расположены первичные элементы пленки
нитрида и диоксида кремния с длиной стороны a, элементы второго уровня с размером
стороны a/3 в виде островков нитрида кремния 3 и островков диоксида кремния 3*, а также элементы третьего уровня с размером стороны a/9 в виде островков нитрида кремния 4
и островков диоксида кремния 4*. Жирными линиями обозначены плоскости скольжения
дислокаций, генерируемые краями элементов рисунка и пересекающиеся друг с другом с
образованием пирамиды, основанием которой является элемент рисунка (Si3N4 или SiO2).
Тонкими линиями обозначены остальные плоскости скольжения. Из фиг. 7 видно, что
глубина проникновения дислокаций, генерируемых первичным элементом, размер которого максимален, составляет h1 = a, глубина проникновения дислокаций, генерируемых
элементом второго уровня, составляет h2 = a/3, глубина проникновения дислокаций, генерируемых элементом третьего уровня, составляет h3 = a/9 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 самоформирующихся областей со структурой областей, образованных непосредственно элементами рисунка (выделено жирными линиями), показывает их
идентичность. Как видно из фиг. 7, эти области способствуют своеобразной сшивке всей
дислокационной структуры, что заметно повышает ее эффективность и устойчивость.
7
BY 15740 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.
Полученная дислокационная структура действует следующим образом. 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 заявляемой 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.
Испытания пластин на устойчивость к образованию преципитатов неконтролируемых
примесей проводили следующим образом.
Для испытаний использовали пластины типа 100 КЭФ 4,5 ориентации (001) и толщиной t = 460 мкм, предварительно отсортированные по завышенному содержанию неконтролируемых примесей. Расчетными значениями размера a первичного элемента являются
величины от 0,25t = 115 мкм до 0,8t = 368 мкм. Пленку нитрида кремния требуемой толщины формировали за счет реакции между дихлорсиланом и аммиаком на установке
"Изотрон-4-150". Рисунок в пленке нитрида кремния формировали методами стандартной
фотолитографии и плазмохимического травления. Пленку диоксида кремния формировали
путем окисления открытых участков кремния под давлением на установке "Термоком-М".
Характеристики полученной структуры приведены в таблице.
Для оценки устойчивости полученных пластин к дефектообразованию их окисляли в
сухом кислороде в течение 3 часов при температуре 1200 °С на установке АДС 6-100. 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 250x. 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
8
BY 15740 C1 2012.04.30
на рабочей стороне пластин. Использование запредельных значений заявляемых параметров не позволяет в полной мере решить поставленную задачу.
Влияние характеристик рисунка на устойчивость пластин к дефектообразованию
Плотность дефектов
Толщина Размер Толщина Количе- Ориенна рабочей стороне
пленки первич- пленки
ство
тация
пластины, см-2
№
Примечанитрида
ного диоксида уровней сторон
дефекп/п
ние
миккремния, элемен- кремния, элемен- элемен- дислока- тов
родемкм
та, мкм
мкм
тов
тов
ций
упафектов
ковки
1
0,05
250
0,8
3
<100>
4×103
5×103
Фиг. 3
1
0
2
0,1
3×10
5×10
Фиг. 3
1
1
250
0,8
3
<100>
3
0,3
6×10
2×10
4
0,4
4×100
7×100
3
1
5
0,6
250
0,8
3
<100>
5×10
2×10 3×102
Фиг. 3
6
0,3
70
0,8
3
<100>
4×102
5×100 5×102
Фиг. 3
1
1
7
115
3×10
2×10
Фиг. 3
1
0
0,3
0,8
3
<100>
8
250
1×10
7×10
9
368
2×101
5×101
10
0,3
600
0,8
3
<100>
2×103
1×101 1×102
Фиг. 3
2
3
11
0,05
250
0,05
3
<100>
3×10
3×10
Фиг. 3
12
0,1
<100>
6×101
4×100
Фиг. 3
0,3
250
3
1
0
13
2,0
3×10
2×10
14
Коробле0,3
250
3,0
3
<100>
7×101
6×101
ние
1
1
15
1
6×10
3×10
Фиг. 1
16
2
5×100
6×100
Фиг. 2
1
1
0,3
250
0,8
<100>
17
3
3×10
3×10
Фиг. 3
1
0
18
4
7×10
5×10
Фиг. 4
19
5
1×101
3×100
6
3
20
0,3
250
0,8
3
<110>
5×10
4×10
Фиг. 3
21
Прототип
5×103
1×102 5×105
Таким образом, заявляемое техническое решение позволяет по сравнению с прототипом повысить устойчивость пластин к дефектообразованию.
Источники информации:
1. ЕТО.035.578 ТУ. Пластина кремния монокристаллическая.
2. ЕТО.035.206 ТУ. Пластина кремния монокристаллическая.
3. ЕТО.035.240 ТУ. Пластина кремния монокристаллическая.
4. Гаврилов Р.Л. Технология производства полупроводниковых приборов. - М.: Энергия, 1968. - С. 46.
5. Патент РБ 1188 от 09.09.2003 / С.Ф.Сенько, В.А.Зеленин, В.А.Емельянов, А.И.Белоус
/ Полупроводниковая кремниевая пластина. МПК7 H 01L 21/302 // Официальный бюллетень. Изобретения, полезные модели, промышленные образцы. - № 4 (39). - 2003.12.30. С. 322 (прототип).
6. Технология СБИС: В 2-х кн. Пер. с англ. / Под ред. С. Зи. - М.: Мир, 1986. - С.161.
9
BY 15740 C1 2012.04.30
7. Кислый П.С. Кремния нитрид: Химическая энциклопедия. Том 2. - М.: Советская
энциклопедия, 1990. - С. 519.
8. Мильвидский М.Г. Кремний: Химическая энциклопедия. Том 2. - М.: Советская энциклопедия, 1990. - С. 508-509.
Фиг. 1
Фиг. 2
Фиг. 3
Фиг. 5
Фиг. 6
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
10
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
2 074 Кб
Теги
патент, by15740
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа