Патент на полезную модель Республики Беларусь

1. ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(19) BY (11) 6674
(13) U
(46) 2010.10.30
(51) МПК (2009)
H 01L 21/02
(54) ПОЛУПРОВОДНИКОВАЯ КРЕМНИЕВАЯ ПЛАСТИНА
ОРИЕНТАЦИИ (001)
(21) Номер заявки: u 20100241
(22) 2010.03.12
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Физико-технический
институт Национальной академии
наук Беларуси" (BY)
(72) Автор: Сенько Сергей Федорович (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Физико-техни-
ческий институт Национальной ака-
демии наук Беларуси" (BY)
(57)
1. Полупроводниковая кремниевая пластина ориентации (001) с полированной рабо-
чей поверхностью и толщиной t, обеспечивающей необходимую прочность, отличающа-
яся тем, что на нерабочей поверхности содержит пленку нитрида кремния толщиной 0,1-
0,4 мкм, в которой сформирован рисунок, состоящий из островков этой пленки квадрат-
ной формы с расстоянием между ними ℓ, равным 10-100 мкм, причем стороны островков
ориентированы в кристаллографических направлениях типа <100>, а длина стороны вы-
брана из интервала от 0,2t до (0,8t − ℓ).
2. Полупроводниковая кремниевая пластина ориентации (001) по п. 1, отличающаяся
тем, что упомянутые островки разделены на 9 равных частей квадратной формы, цен-
тральная из которых удалена.
3. Полупроводниковая кремниевая пластина ориентации (001) по п. 2, отличающаяся
тем, что упомянутые части островков разделены на 9 равных вновь образованных частей
квадратной формы, центральная из которых удалена, причем вновь образованные части
последовательно разделены по тому же правилу необходимое количество раз.
Фиг. 4
BY6674U2010.10.30

2. BY 6674 U 2010.10.30
2
(56)
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.: Энер-
гия, 1968. - С. 46.
5. Патент РБ 1188, МПК7
H 01L 21/302, 2003 (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 эн-
циклопедия, 1990. - С. 519.
8. Мильвидский М.Г.. Кремний. Химическая энциклопедия. Т. 2. - М.: Советская эн-
циклопедия, 1990. - С. 508-509.
Полезная модель относится к области электронной техники, в частности к микроэлек-
тронике, и может быть использована при изготовлении полупроводниковых приборов.
В настоящее время большинство полупроводниковых приборов изготавливается по
планарной технологии с использованием в качестве исходного материала плоской полу-
проводниковой пластины. Параметры исходной пластины во многом предопределяют
технические характеристики и выход изготавливаемых приборов. Важнейшим показате-
лем качества полупроводниковых пластин является их устойчивость к процессам де-
фектообразования 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 ис-
ходного материала кремниевых пластин круглой формы с толщиной, обеспечивающей не-
обходимую 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 рассмат-
риваемой конструкции пластин связаны с тем, что микронеровности шероховатой поверх-
ности выступают в роли концентраторов механических напряжений и при проведении
высокотемпературных операций в процессе формирования активной структуры полупро-
водниковых приборов служат источником возникновения кристаллографических дефек-
тов в приповерхностном объеме пластины. Они приводят к генерации дислокаций,
дефектов упаковки и линий скольжения, которые снижают напряжение пробоя формиру-
емых p-n-переходов и увеличивают токи их утечки. Это не позволяет получить приборы
приемлемого уровня качества. Важным фактором, влияющим на дефектность рабочей по-
верхности пластины, является также наличие неконтролируемых загрязнений как в мате-
риале пластины, так и в технологических средах, используемых в производстве приборов.
Неконтролируемые примеси накапливаются вблизи рабочей поверхности пластины и при-
водят 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 изготавливае-
мых приборов за счет удаления концентраторов напряжений на рабочей поверхности. Од-
нако проблема неконтролируемых загрязнений этим не решается.

3. BY 6674 U 2010.10.30
3
Одним из наиболее широко используемых типов подложек являются монокристалли-
ческие пластины ориентации (001), получаемые из кремния, выращенного методом Чо-
хральского, 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 матери-
алов, 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 поряд-
ков. При последующем охлаждении пластин растворимость резко падает и фактическая
концентрация примесей начинает превышать предельную растворимость, в результате че-
го 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, недостатком прототипа является низкая устойчивость пластин к де-
фектообразованию в процессе изготовления полупроводниковых приборов.
Задачей заявляемой полезной модели является повышение устойчивости пластин ори-
ентации (001) к образованию преципитатов примесей.
Поставленная задача решается тем, что полупроводниковая кремниевая пластина ори-
ентации (001) с полированной рабочей поверхностью и толщиной t, обеспечивающей не-
обходимую прочность, на нерабочей поверхности содержит пленку нитрида кремния
толщиной 0,1-0,4 мкм, в которой сформирован рисунок, состоящий из островков этой
пленки квадратной формы с расстоянием между ними ℓ, равным 10-100 мкм, причем сто-
роны островков ориентированы в кристаллографических направлениях типа <100>, а длина
стороны выбрана из интервала от 0,2t до (0,8t − ℓ), а также тем, что упомянутые островки
разделены на 9 равных частей квадратной формы, центральная из которых удалена, а так-
же тем, что упомянутые части островков разделены на 9 равных вновь образованных частей
квадратной формы, центральная из которых удалена, причем, вновь образованные части
последовательно разделены по тому же правилу необходимое количество раз.
Сущность заявляемого технического решения заключается в поглощении неконтроли-
руемых 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 самоформи-
рования дислокационной сетки за счет фрактального характера рисунка в пленке нитрида
кремния.
Нитрид кремния широко используется в электронной технике в качестве конструктив-
ного материала для формирования активных и пассивных элементов. Особенностью пле-
нок 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
К-1
для Si3N4 [7] и 3,72×10-6
К-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

4. BY 6674 U 2010.10.30
4
регулярно расположенных элементов пленки нитрида кремния на нерабочей поверхности
пластины приводит к формированию в ее объеме сетки дислокаций, управляемой пара-
метрами рисунка.
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
0)1(1 перпендикулярны ей, а плоскости (101), )1(10 , (011) и 1)1(0 наклонены под уг-
лом 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 ориента-
ции сторон островков пленки нитрида кремния в одном из двух возможных направлений
типа <110>, а именно в направлениях [110] и 0]1[1 , генерация и скольжение дислокаций
возможны в плоскостях (111), )1(11 , 1)1(1 , )11(1 , (110) и 0)1(1 . Однако в связи с тем,
что плоскости типа {111} наклонены к поверхности, энергетически наиболее выгодными
плоскостями образования и скольжения дислокаций являются плоскости (110) и 0)1(1 ,
которые перпендикулярны поверхности пластины. При этом генерируемые дислокации
практически беспрепятственно прорастают на рабочую поверхность, приводя ее в негод-
ность 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), )1(10 , (011) и 1)1(0 , которые наклоне-
ны под углом 45° к поверхности пластины. Генерация дислокаций именно в этих плоско-
стях в данном случае энергетически наиболее выгодна и обусловлена тем, что
возникающие изгибающие моменты перпендикулярны сторонам топологических элемен-
тов. Плоскости (101), )1(10 , (011) и 1)1(0 перпендикулярны друг другу, поэтому гене-
рируемые 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 по-
верхности пластины зависит от размера элемента пленки нитрида кремния. Поэтому глу-
бина 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, толь-
ко в этом случае все плоскости скольжения дислокаций (101), )1(10 , (011) и 1)1(0 , гене-
рируемые выбранным элементом рисунка, пересекаются внутри пластины в одной точке с
образованием пирамиды, что обеспечивает максимальное взаимное блокирование дисло-
каций. В случае выбора прямоугольной формы элементов условие по ориентации их сто-
рон соблюдается, но рассматриваемые плоскости не пересекаются в одной точке, а
фигура, образованная ими, представляет собой обелиск. В этом случае управление глуби-
ной проникновения дислокаций в пластину несколько затрудняется, т.к. их взаимное бло-
кирование ослабевает.
Совокупность плоскостей (101), )1(10 , (011) и 1)1(0 скольжения дислокаций, фор-
мируемых единичным первичным элементом рисунка (островком) в пленке нитрида
кремния, образует пирамиду с основанием, совпадающим с этим элементом. Совокуп-

5. BY 6674 U 2010.10.30
5
ность плоскостей (101), )1(10 , (011) и 1)1(0 скольжения дислокаций, формируемых че-
тырьмя 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 механических напряжений, что приводит к формированию новых элемен-
тов 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 под-
ложке по мере удаления от поверхности пластин уменьшается, преимущественная генера-
ция дислокаций протекает во вновь образованной пирамиде, обращенной вершиной вниз.
Грани этой пирамиды являются продолжением граней близлежащих пирамид, обращен-
ных вершинами вверх, т.е. возникает явление самоформирования дислокационной струк-
туры. 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 припо-
верхностной области пластины.
Таким образом, регулярное расположение элементов пленки нитрида кремния приво-
дит к самоформированию дислокационной структуры в объеме кремниевой пластины.
Совокупность всех островков пленки нитрида кремния приводит к образованию дис-
локационной 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 а на 9 равных ча-
стей квадратной формы и удаление центральной части приводят к возникновению в нем
окна с размером стороны, равным 1/3a. При этом образуется новый, второй уровень эле-
ментов рисунка, сопровождающийся возникновением новых границ. Возникновение но-
вых 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. Сово-
купность 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 проникнове-
ния, определяемой размерами соответствующих им окон, т.е. 1/3 часть от глубины про-
никновения дефектов предыдущего уровня.
Дальнейшее разделение оставшихся восьми частей островков пленки по тому же пра-
вилу (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 зале-
гания дефектов предыдущего уровня.
С каждым новым этапом формирования элементов возникает все новый уровень дис-
локационной структуры. Фрактальный характер рисунка в пленке нитрида кремния обес-
печивает 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 самоформи-
рования. Их взаимодействие обусловлено, с одной стороны, взаимодействием полей

6. BY 6674 U 2010.10.30
6
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, сна-
чала близлежащими, а затем и более отдаленными. Генерируемые различными элемента-
ми рисунка плоскости скольжения дислокаций многократно пересекаются друг с другом,
и при каждом их пересечении часть дислокаций блокируется. По мере увеличения количе-
ства пересечений все большая часть дислокаций блокируется, и с удалением от границы
элемента их плотность падает. В результате такого взаимодействия образуется дислока-
ционная 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 дислока-
ций составляет величину, равную сумме длины стороны первичного элемента рисунка а 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 слу-
чае дислокации достигнут рабочей поверхности пластины и приведут ее в негодность. С
учетом глубины активной структуры и допусков на разброс толщины пластины требова-
ния по размерам первичного элемента рисунка ужесточается до значения (a + ℓ) ≤ 0,8t, или
a ≤ 0,8t − ℓ.
Минимальное значение длины стороны а первичных элементов определяется долей
объема пластины, которую занимает дислокационная структура. Экспериментально уста-
новленным минимальным значением является a = 0,2t, при котором с учетом фактической
величины ℓ примерно четверть объема пластины занята дислокациями. Меньшие значения а
приводят к заметному снижению эффективности поглощения неконтролируемых примесей.
Размер элементов следующего уровня, на которые затем разделяют первичные эле-
менты, определяется размером первичного элемента. Так, каждый квадрат, представляю-
щий 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 централь-
ных вновь образованных частей приводят к образованию восьми новых окон с длиной
стороны (1/3)2
a. В целом длину стороны элемента можно выразить как an = (1/3)(n-1)
а, где
n - порядковый номер уровня элемента, причем для первичного островка n = 1, для эле-
ментов 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 различ-
ного 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 взаимодей-
ствия 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 расстоя-
ние 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 по-

7. BY 6674 U 2010.10.30
7
ля на границе раздела элементов, инициирующая генерацию дислокаций, оказывается
слишком маленькой для того, чтобы дислокации проникли в пластину на глубину, доста-
точную для образования дислокационных полупетель. В результате дислокации генери-
руются не только по краю элемента, но и внутри его. Дислокационная структура
оказывается неуправляемой.
Увеличение расстояния ℓ между первичными элементами до значения свыше 100 мкм,
например 200 мкм, приводит к невозможности взаимодействия полей напряжений, вноси-
мых соседними элементами рисунка в пленке нитрида кремния. В результате дислокаци-
онная структура формируется по островковому принципу внутри разделенных между
собой пирамид. Процессы самоформирования обрываются на границе этих пирамид, еди-
ная 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 са-
моформирования практически отсутствуют, поэтому эффективность этой структуры очень
мала. Толщина пленки нитрида кремния более 0,4 мкм, например 0,6 мкм, приводит к ге-
нерации дислокаций не только по краю, но и внутри элементов. Внутри элементов они об-
разуются преимущественно в плоскостях (110) и )011( , 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 их первичных элементов в виде островков квадратной формы с длиной сторо-
ны а 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 приве-
дено изображение рисунка в пленке нитрида кремния, состоящее из первичных элементов,
в которых сформированы элементы второго и третьего уровней. На фиг. 4 приведено изоб-
ражение 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 плоско-
стями 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 заявляемой
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 следу-
ющие 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 дисло-
каций, генерируемые краями элементов рисунка в пленке нитрида кремния и пересекаю-
щиеся друг с другом с образованием пирамиды, основанием которой является элемент
рисунка (островок или окно). Тонкими линиями обозначены остальные плоскости сколь-
жения. 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

8. BY 6674 U 2010.10.30
8
превышает величины h1. Области генерации дислокаций, соответствующие их самофор-
мированию, выделены заливкой. Сравнительный анализ структуры этих областей со
структурой областей, образованных непосредственно элементами рисунка в пленке нит-
рида 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.
Таким образом, полученная дислокационная сетка представляет собой сложную орга-
низованную структуру, состоящую из множества взаимно проникающих пирамид, образо-
ванных плоскостями скольжения (101), )1(10 , (011) и 1)1(0 , 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 раство-
римостью в различных областях этой пластины. При этом растворимость неконтролируе-
мых 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 отсут-
ствии сетки дислокаций наибольшим количеством оборванных химических связей в
кремнии располагает приповерхностная область пластины, в которой формируется актив-
ная 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 характе-
ристики 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 перерас-
пределяется в соответствии с существующей в объеме пластины плотностью ненасыщен-
ных химических связей. Поскольку плотность таких связей в области сформированной
дислокационной сетки на несколько порядков превышает их плотность в приповерхност-
ной области, неконтролируемые примеси практически полностью концентрируются в
объеме пластины, а ее рабочая поверхность остается чистой. Отсутствие неконтролируе-
мых примесей вблизи рабочей поверхности заявляемой пластины обеспечивает и отсут-
ствие их преципитации, т.е. дефекты на рабочей поверхности не образуются. Таким
образом, устойчивость пластины к образованию кристаллографических дефектов в про-
цессе изготовления активных элементов полупроводниковых приборов значительно воз-
растает.
Испытания пластин на устойчивость к образованию преципитатов неконтролируемых
примесей проводили следующим образом.
Для испытаний использовали пластины типа 100 КЭФ 4,5 ориентации (001) и толщи-
ной t = 450 мкм, предварительно отсортированные по завышенному содержанию некон-
тролируемых примесей. Расчетными значениями размера а первичного элемента являются
величины от 0,2t = 90 мкм до (0,8t − ℓ) = 350 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. 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. За-
тем с них удаляли образовавшийся диоксид кремния и подвергали травлению в травителе

9. BY 6674 U 2010.10.30
9
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 микроско-
пии при увеличении 250х
. Результаты контроля приведены в таблице.
Влияние характеристик пленки нитрида кремния
на устойчивость пластин к дефектообразованию
№
п/п
Толщина
пленки
нитрида
кремния,
мкм
Размер
первич-
ного
элемен-
та, мкм
Расстояние
между
первичны-
ми элемен-
тами, мкм
Коли-
чество
уровней
элемен-
тов
Ориен-
тация
сторон
эле-
ментов
Плотность дефектов на рабо-
чей стороне пластины, см-2
Приме-
чаниедисло-
каций
дефек-
тов упа-
ковки
микро-
дефек-
тов
1 0,05 250 50 3 <100> 2×103
- 6×103
2 0,1
250 50 3 <100>
7×101
- 5×101
3 0,3 1×102
- 3×101
4 0,4 6×101
- 7×100
5 0,6 250 50 3 <100> 8×103
1×101
5×102
6 0,3 50 50 3 <100> 9×103
2×101
8×102
7
0,3
90 50
3 <100>
9×101
- 2×101
8 250 50 2×102
- 2×101
9 350 10 1×102
- 3×101
10 0,3 600 50 3 <100> 4×103
3×102
4×101
11 0,3 250 5 3 <100> 5×103
2×102
1×101
12
0,3
250 10
3 <100>
9×101
- 3×101
13 50 1×102
- 5×101
14 100 5×101
- 4×101
15 0,3 250 200 3 <100> 3×102
- 1×103
16
0,3 250 50
1
<100>
3×101
- 1×101
фиг. 1
17 2 3×101
- 2×101
фиг. 2
18 3 6×101
- 1×101
фиг. 3
19 4 4×101
- 6×100
фиг. 4
20 5 5×101
- 5×100
21 0,3 250 50 3 <110> 5×106
4×103
-
22 прототип 5×103
1×102
5×105
Из приведенных данных видно, что при использовании заявляемого технического ре-
шения 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 парамет-
ров не позволяет в полной мере решить поставленную задачу.
Таким образом, заявляемое техническое решение позволяет по сравнению с прототи-
пом повысить устойчивость пластин к дефектообразованию.

10. BY 6674 U 2010.10.30
10
Фиг. 1 Фиг. 2
Фиг. 3 Фиг. 5
Фиг. 6
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.