close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY 15464

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2012.02.28
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
H 01L 21/02
(2006.01)
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ
ПЛАСТИН КРЕМНИЯ ОРИЕНТАЦИИ (001)
(21) Номер заявки: a 20100375
(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 15464 C1 2012.02.28
BY (11) 15464
(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), при
котором ориентируют слиток кремния в плоскости реза, осуществляют резку слитка на
пластины, удаляют нарушенный слой и полируют поверхность пластин до толщины t, отличающийся тем, что после полировки на нерабочую поверхность пластин наносят пленку нитрида кремния толщиной 0,1-0,4 мкм и формируют в ней методом фотолитографии
рисунок, элементы которого выполняют в виде окон и островков упомянутой пленки
квадратной формы, контрастных по отношению друг к другу и чередующихся в шахматном порядке, причем стороны упомянутых элементов выполняют ориентированными в
кристаллографических направлениях <100>, а длину стороны выбирают из интервала
0,25t-0,80t.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что каждый из упомянутых элементов рисунка
дополнительно разделяют на элементы в виде девяти равных частей квадратной формы,
центральную из которых формируют контрастной.
Фиг. 4
Фиг. 7
BY 15464 C1 2012.02.28
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 формируют контрастной, причем каждые вновь образованные
оставшиеся равные части последовательно разделяют на элементы с формированием центрального контрастным 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
зависит от температуры. При нагреве от комнатной температуры до ~1000 °С она повы2
BY 15464 C1 2012.02.28
шается 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), при котором ориентируют слиток кремния в плоскости реза, осуществляют резку слитка на пластины, удаляют нарушенный слой и полируют
поверхность пластин до толщины t, после полировки на нерабочую поверхность пластин
наносят пленку нитрида кремния толщиной 0,1-0,4 мкм и формируют в ней методами фотолитографии рисунок, элементы которого выполняют в виде окон и островков упомянутой пленки квадратной формы, контрастных по отношению друг к другу и чередующихся
в шахматном порядке, причем стороны упомянутых элементов выполняют ориентированными в кристаллографических направлениях <100>, а длину стороны выбирают из интервала 0,25t-0,80t;
а также тем, что каждый из упомянутых элементов рисунка дополнительно разделяют
на элементы в виде девяти равных частей квадратной формы, центральную из которых
формируют контрастной;
а также тем, что оставшиеся упомянутые равные части дополнительно разделяют на
элементы в виде девяти равных частей аналогичной формы, центральную из которых
формируют контрастной, причем каждые вновь образованные оставшиеся равные части
последовательно разделяют на элементы с формированием центрального контрастным
аналогичным образом требуемое количество раз.
Сущность заявляемого технического решения заключается в поглощении неконтролируемых примесей управляемой самоформирующейся сеткой дислокаций, индуцированной
элементами рисунка в пленке нитрида 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 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 15464 C1 2012.02.28
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 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 нитриде 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, 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) 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 (островком либо
окном, что то же самое, поскольку плоскости скольжения генерируемых дислокаций
наклонены под углами как +45°, так и -45°) в пленке нитрида кремния, образует пирамиду
с основанием, совпадающим с этим элементом. Вершины этих пирамидальных дефектов
являются точками концентрации 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
4
BY 15464 C1 2012.02.28
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 элементов 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 первичного элемента рисунка в пленке нитрида кремния (как островка, так
и окна) с размером стороны a на 9 равных частей квадратной формы и замена центральной части на контрастную по отношению к данному элементу приводит к возникновению
нового элемента (окна в случае выбора в качестве первичного элемента островка и соответственно островка в случае выбора 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 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 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 15464 C1 2012.02.28
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 а, 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 ужесточатся 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
приводит 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 в пленке нитрида кремния при этом не зависит от количества уровней элементов, поскольку осуществляется в едином фотолитографическом 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.
Заявляемое техническое решение поясняется фиг. 1-7.
На фиг. 1 приведено схематическое изображение рисунка в пленке нитрида кремния,
состоящее из первичных элементов в виде островков и окон квадратной формы с длиной
стороны а, расположенных в шахматном порядке друг по отношению к другу. На фиг. 2
приведено изображение рисунка в пленке нитрида кремния, состоящее из первичных элементов, в которых сформированы элементы второго уровня путем их разделения на 9 рав6
BY 15464 C1 2012.02.28
ных квадратных частей и замены центральной части на контрастную. Длина стороны
вновь образованного элемента составляет 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 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 получаемой
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. 7 приняты следующие обозначения: 1 - полупроводниковая пластина толщиной t, 2 - активные элементы
формируемых полупроводниковых приборов. На нерабочей стороне пластины расположены первичные элементы пленки нитрида кремния с длиной стороны а, элементы второго уровня с размером стороны a/3 в виде островков 3 и окон 3*, а также элементы третьего
уровня с размером стороны a/9 в виде островков 4 и окон 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. 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 в пленке нитрида кремния (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.
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
7
BY 15464 C1 2012.02.28
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-6М". 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 460 мкм. Отсюда расчетными значениями размера а первичного элемента являются величины от 0,25t = 115 мкм до
0,8t = 368 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
№
п/п
BY 15464 C1 2012.02.28
9
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
Влияние режимов формирования пленки нитрида кремния на устойчивость пластин к дефектообразованию
Толщина пленки Размер пер- Количество Ориентация Плотность дефектов на рабочей стороне пластины, Примечание
см-2
нитрида кремвичного элеуровней сторон элементов
ния, мкм
мента, мкм
элементов
дислокаций дефектов упаковки микродефектов
фиг. 3
0,05
250
3
<100>
4x103
3x103
1
1
0,01
фиг. 3
2x10
6x10
0
1
фиг. 3
0,3
250
3
<100>
3x10
5x10
1
0
0,4
фиг. 3
5x10
5x10
3
1
2
фиг. 3
0,6
250
3
<100>
3x10
4x10
4x10
2
0
2
0,3
70
3
<100>
фиг. 3
7x10
3x10
5x10
1
1
фиг. 3
115
3x10
5x10
1
1
250
фиг. 3
0,3
3
<100>
1x10
3x10
1
1
фиг. 3
368
4x10
4x10
3
1
2
0,3
600
3
<100>
фиг. 3
3x10
2x10
2x10
1
1
фиг. 1
1
2x10
2x10
0
0
2
фиг. 2
4x10
9x10
1
1
фиг. 3
3
0,3
250
<100>
2x10
3x10
1
0
4
фиг. 4
4x10
3x10
1
0
5
7x10
2x10
6
3
0,3
250
3
<110>
фиг. 3
3x10
5x10
3
2
5
Прототип
1x10
5x10
5x10
BY 15464 C1 2012.02.28
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. 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 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 15464 C1 2012.02.28
Фиг. 3
Фиг. 5
Фиг. 6
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
11
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
687 Кб
Теги
15464, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа