В бездефектной техн ологии изготовления ИС для уменьшения влияния термодефектов используются ме тоды пассивного геттерирования примесей в пластинах. К таким методам относятся "внешнее геттсрирование" - нанесение внешних покрытий (поликремния, Si-, N^, переходных металлов) или механических по вреждений на нерабочую сторону кремниевой пластины и "внутреннее геттерирование" — намеренное обе спечение путем термообработок выделений второй фазы Si0,, на которых адсорбируются микродефекты, примеси тяжелых и щелочных металлов. Однако в результате таких воздействий на пластины ухудшаются механические свойства, что особенно заметно на подложках диаметром 100 и более миллиметров.
Процесс образования геттерирующей зоны происходит в несколько стадий, при этом самая высокая температура термообработки (ТО) не превышает lOOO^C, в то время как многоступенчатая технология изготовления ИС включает более высокотемпературные операции, например диффузию, эпитаксию. Известно, что при температурах выше 1000° С кислород из выделений вновь переходит в состояние твердого раствора, и при последующих термоциклах (430-500 и 600-800^ 0 опять появляются доноры, разрушаются комплексы примесей и микродефектов, что, в свою очередь, приводит к нарушению термостабильности, снижению выхода годных, увеличению отказов.
Активное воздействие на дефекты и примеси предполагает ле гирование монокристаллов в процессе их выращивания добавками, оказывающими влияние на свойства, состав расплава и твердого тела. При этом легирующий компонент должен удовлетворять следующим требованиям:
— коэффициент распределения, значительно отличающийся от единицы;
— эффективное изменение коэффициента распределения удаляемых примесей;
Возможно вы искали - Реферат: Мир кристаллов
— отсутствие вредного влияния атомов "геттера" на свойства полупроводника.
Использование в качестве геттера водорода, предложенное Декоком, не нашло применения в промышленности, так как водород в процессе отжига удаляется из кристалла, вновь освобождая кислород и оставляя после себя напряженные участки кристаллической решетки.
Добавление в кремний изоморфных примесей (Ge, Pb, Sn) сказывается лишь на кинетике образования термодоноров, при этом сохраняется зависимость их поведения от температуры.
Легирование металлами, изобарный потенциал реакции окисления которых больше, чем изобарный потенциал окисления кремния при температуре его плавления, дает возможность связывать кислород и порождаемые им термодефекты. Для этой цели могут быть выбраны примеси, образующие с кислородом более химически и термически стойкие оксиды, чем Si0^, которыек тому же электронейтральны в кремнии. Такими примесями являются щелочноземельные металлы(Mg, Са, Sr, Ва), электрически нейтральные вследствие образования с кремнием полупроводниковых соединений с ковалентной связью [1,2], и переходные металлы IV группы(Ti, Zr, Hf), не йтральные по причине сходства строения электронных оболочек их атомов с атомами кремния и также образующие стехиометрические фазы с кремнием. Экспериментальные данные показывают, что при добавлении этих металлов в расплав кислород связывается в жидком кремнии в прочные комплексы, содержащие атомы кремния и кислорода, коэффи циент распреде ления которых гораздо меньше, чем у кислорода, который не связан в компле ксы. В результате введения примесей - геттеров содержание кислорода в выращенных методом Чохральского монокристаллах может быть снижено до 2- 10^ 7 смЗ .
Характер распределения Ti, Zr и Hf в монокристаллах вдоль оси роста аналогичен наблюдавшемуся ране е для щелочноземельных металлов в германии и кремнии, а также для примеси хрома в арсениде галл ия. Методами химико-спектрального и активационного анализов, методом радиоактивных индикаторов (для циркония и гафния) показано, чт о в начальной части формируется концентрационный профиль со снижением концентрации, затем переходная область, за которой следуе т область нарастания концентрации вплоть до выпадения второй фазы. Распределение примесей-геттеров, а также уровень их конце нтрации в твердой фаз е свиде тельствует о том, что их взаимодействие с кислородом происходит в расплаве с последующим ра спределением атомов металла, связанного и не связанного с кислородом, с различными коэффициентами сегрегации. Более высокая концентрация примеси в начале слитка по сравнению со средней его частью противоречит диаграммам состояния кремний- титан (цирконий, гафний), имеющ им эвте ктический пе реход, соответственно которому элементы IV группы должны иметь коэффициент распределения меньше единицы. Отсутствие зависимости характера распределения от условий - перемешивания расплава подтверждает данные о взаимодействии примесей с кислородом. Следствием такого взаимодействия является различное поведение растворенного металла при кристаллизации кремния. Образуя комплексы, соответствующие соединениям с высокой те мпературой плавления и прочными химическими связями, примесь ме таллаIV -B может иметь коэффицие нт распределения больше единицы. Коэффициенты распределения титана, циркония и гафния, не связанных с кислородом, меньше единицы, и эти металлы оттесняются в конечную часть слитка. Снижение содержания кислорода в монокристаллах, выращенных методом Чохральского с добавкой геттера, по сравне нию с обычными монокристаллами подтверждает факт взаимодействия этих приме сей в расплаве. Источником обнаруженного оптическиактивного кислорода, по-ви димому, служит тигель (Si 0,) .
Физическая модель процесса
внутреннего геттерированияв кре мниевой
технологии .
Похожий материал - Реферат: Миграция химических элементов
Как известно, металлически е примесиAu, Fe, Ni, Си и другие приводят к возникновен ию генерационно-рекомбинационных центров в акти вных областях приборов на основе кремния, что в свою очередь вызывает деградацию свойств приборов. Совокупность техно логич еских приемов, позволяющих снизить концентраци ю таких центров, локализуя их вблизи преципитатов Si0x (xw 2), расположенных вдали от активных областей приборов, называется методом внутреннего геттерирования (ВГ)..
По технологии ВГ накоплен обширный факти ческий материал, однако физи ческие принци пы его механизма в настоящее время окончательно не установлены [1, 2) . Ши рокое распространение, например, получили представления о том, что центрами геттерирования являются дислокации и дефекты упаковки, возникающи е вследствие релаксации упругих полей и пересыщения по межузельному кремнию в процессе преципитации кислорода при Г> 700° С. Однако эти представления не являются универсальными, что было доказано рядом и сследований. Так, в работе [ 3) показано, что в ряде случаев эффект геттерирования проявляе тся и в отсутствие дислокаций и дефектов упаковки, при этом сам кислородный преципитат является геттером. Другие авторы [41 обнаружили гексагональные и ромбические дислокационные петли в отсутствие ки слородных преципитатов, на основании чего сделано предположение о том, что дислокационные петли возникают при высокотемпературном отжиге вследствие растворения преципитатов, образовавши хся ранее во. время низкотемпературного отжига.
В данной работе представлены результаты исследований физических закономерностей процесса ВГ, выполненных на кафедре общей физики МИЭТ, в которых развита модель дальнодействующего механи зма взаимодействи я при месь-центр геттерирования. Рассмотрена модель комплекса примесь-точечный дефект, рассчитаны параметры таких комплексов и найдено и х неоднородное распределение в упругом поле преципитата. Представлена также диффузионная модель ВГ на основе взаи модействия дипольных комплексов с ки слородным преципитатом.
Комплексы приме сь-точе чн ый дефект и их неоднородное распределени е вблизи центра гетгерировання
Принципиальное отличие упругого взаимодействия примеси с дислокацией от взаимодействия со сферическим геттером проявляется в том, что упругое поле последнего характеризуется чисто сдвиговой деформацией и энергия упругого взаимодействия равна нулю :
Очень интересно - Реферат: Железо
где К — модуль всестороннего сжатия материала среды,W o — изменение объема, обусловленное примесным атомом, eii —дилатация упругого поля центра. Поэтому в условиях отсутствия ди-латацнонного взаи модействия и наличия пересыщения по собственным дефектам дальнодейст-вующий механизм упругого взаимодействия может быть реализован взаимодействием диполь-ного типа. Дипольные свойства примесного атома могут быть реализованы в случае образования комплекса из двух точечных дефектов: атом примеси—собственный точечный дефект или атом примеси—атом другой примеси.
Количественной мерой взаимодействия комплекса точечных дефектов с упругим полем центра дилатации является тетрагональность поля упругих искажений, создаваемых комплексом. В рамках континуальной теории упругости энергия точечного дефекта в поле eii задается выражением:
ТензорW ij , называемый тензором объемных деформаций, полностью характеризует упругие свойства точечного дефекта. Для упругого диполя с осевой симметрией он имеет вид :
Вам будет интересно - Реферат: Несимметричные сульфиды
n i и n j — направляющие косинусы оси симметрии диполя.
Для последовательного . количественного описания образования примесных сегрегаций вбли зи центра геттерирования необходимо знать параметрыW o иW 1, характеризующие отдельный комплекс иопределить распределение таких комплексов в пространстве, окружающем центр геттерирования. Расч еты характеристик комплекса проводились методом молекулярной статики. За основу был принят так называемый метод флекс-1 (метод гибкой границы с перекрывающимися областями). Кристалл разбивается на три области. Область 1, непосредственно окружающая кристалл, рассматривается как дискретная. В этой сильно искаженной области координаты атомов учитываются индивидуально, а энергия рассчитывается с помощью межатомного потенциала. Область 3 , наиболее удаленная от дефекта, представляется как упругий континуум. Вклад этой области в общую энергию системы определяется решением уравнений теории упругости, т.е. величинамиW 0иW1 и упругими постоянными среды. Область 2 является промежуточной. Координаты атомов в э той области определяются коллективно также » соответствии с теорией упругости, а вклад в э нергию системы — с помощью межатомного потенциала. В ходе расчета минимизируется полная энергия системы, являющаяся функцией координат атомов и двух переменныхW o иW 1, характеризующих дальнодействующее поле дефекта. Решение этой вариационной задачи и дает искомые величины.
Расчеты проводились для моно- и дивакансии с межатомным потенциалом Плишкина — Подчиненова. Область 1 содержала 320 атомов в случае моновакансии и 319 атомов в случае дивакаисии, а область 2 содержала 1280 атомов. Дивакансия состояла из двух ваканси й в по ло жениях (0,0,0) и (1/2, 1 /2,0). Результаты расчетов приведены в таблице.
Результмы ра счет ов компон ент тенз ора объемных деформаций для моно- и днвакансии .
| Компонента | Моновакансия | Дивакансия |
| Wo, м ^-30 | -0.75 | -1.14 |
| W1 , м^-30 | 0.00 | -1.47 |
Из таблицы видно, что при образовании комплекса из двух точечных дефектов, каждый из которых создает в среде сферически симметричное поле упругих искажений, получается дефект дипольного типа. Кроме того, при этом имеет место нарушение аддитивности изменения объема, вызванного дефектами .
Равновесное распределение диполей в упругом поле геттера задается соотношением:
Похожий материал - Реферат: Инертные газы
где (Со - концентрация диполей вдали от цент ра. Энергия диполя в поле центра в соответствии с (1) определяется выражением
где эффективная поляризация дипольного облака 
определяется как