Патент на полезную модель Республики Беларусь

1. ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(19) BY (11) 6675
(13) U
(46) 2010.10.30
(51) МПК (2009)
H 01L 21/02
(54) ПОЛУПРОВОДНИКОВАЯ КРЕМНИЕВАЯ ПЛАСТИНА
ОРИЕНТАЦИИ (001)
(21) Номер заявки: u 20100242
(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 чередующихся в шахматном по-
рядке контрастных по отношению друг к другу элементов в виде окон и островков этой
пленки квадратной формы, причем стороны элементов ориентированы в кристаллографи-
ческих направлениях типа <100>, длина стороны выбрана из интервала от 0,25t до 0,80t, а
окна заполнены диоксидом кремния толщиной 0,1-2,0 мкм.
2. Полупроводниковая кремниевая пластина ориентации (001) по п. 1, отличающаяся
тем, что упомянутые элементы разделены на 9 равных частей квадратной формы, цен-
тральная из которых заменена на контрастную.
3. Полупроводниковая кремниевая пластина ориентации (001) по п. 2, отличающаяся
тем, что упомянутые части элементов разделены на 9 равных вновь образованных частей
квадратной формы, центральная из которых заменена на контрастную, причем вновь образо-
ванные части последовательно разделены по тому же правилу необходимое количество раз.
Фиг. 6
BY6675U2010.10.30

2. BY 6675 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 р-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 6675 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 чередующихся в
шахматном порядке контрастных по отношению друг к другу элементов в виде окон и
островков этой пленки квадратной формы, причем стороны элементов ориентированы в
кристаллографических направлениях типа <100>, длина стороны выбрана из интервала от
0,25t до 0,80t, а окна заполнены диоксидом кремния толщиной 0,1-2,0 мкм, а также тем,
что упомянутые элементы разделены на 9 равных частей квадратной формы, центральная
из которых заменена на контрастную, а также тем, что упомянутые части элементов
разделены на 9 равных вновь образованных частей квадратной формы, центральная из
которых заменена на контрастную, 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 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 самоформи-
рования дислокационной сетки за счет фрактального характера рисунка в комбинирован-
ной пленке нитрида и диоксида 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 тем-
ператур при изготовлении полупроводниковых приборов и отсутствие полиморфных пре-
вращений 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

4. BY 6675 U 2010.10.30
4
образованию на этих границах дислокаций в кремнии. Наличие большого количества ре-
гулярно расположенных элементов пленки нитрида кремния на нерабочей поверхности
пластины приводит к формированию в ее объеме сетки дислокаций, управляемой пара-
метрами рисунка. Разделение элементов пленки нитрида кремния элементами пленки ди-
оксида кремния усиливает описываемые процессы за счет того, что локальные островки
нитрида кремния способствуют углублению диоксида кремния в подложку, что приводит
к возникновению дополнительных распирающих напряжений на границах раздела эле-
ментов. 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
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 элементов рисунка в пленке нитрида-диоксида кремния в одном из двух воз-
можных 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, энерге-
тически наиболее выгодными плоскостями образования и скольжения дислокаций явля-
ются плоскости (110) и 0),1(1 которые перпендикулярны поверхности пластины. При
этом генерируемые дислокации практически беспрепятственно прорастают на рабочую
поверхность, приводя ее в негодность для формирования активных элементов полупро-
водниковых приборов.
При ориентации сторон элементов рисунка в комбинированной пленке нитрида и ди-
оксида кремния в одном из двух возможных направлений типа <100>, а именно в направ-
лениях [100] и [010], генерация и скольжение дислокаций возможны только в плоскостях
(101), ),1(10 (011) и 1),1(0 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), ),1(10 (011) и 1)1(0 перпендику-
лярны 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 рассматрива-
емых плоскостей скольжения до поверхности пластины зависит от размера элемента ри-
сунка. 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, во-
первых, только в этом случае обеспечивается ориентация всех сторон элементов в равно-
значных кристаллографических направлениях. Во-вторых, только в этом случае все плос-
кости скольжения дислокаций (101), ),1(10 (011) и 1),1(0 генерируемые выбранным
элементом рисунка, пересекаются внутри пластины в одной точке с образованием пира-
миды, что обеспечивает максимальное взаимное блокирование дислокаций. В случае вы-
бора прямоугольной формы элементов условие по ориентации их сторон соблюдается, но

5. BY 6675 U 2010.10.30
5
рассматриваемые плоскости не пересекаются в одной точке, а фигура, образованная ими,
представляет собой обелиск. В этом случае управление глубиной проникновения дисло-
каций в пластину несколько затрудняется, т.к. их взаимное блокирование ослабевает.
Совокупность плоскостей (101), )1(10 , (011) и 1)1(0 скольжения дислокаций, фор-
мируемых 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 ме-
ханических напряжений, что приводит к формированию новых элементов дислокацион-
ной 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 пи-
рамиды 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 упа-
ковки значительно выше, чем дислокациями, что обеспечивает качественно новый уро-
вень устойчивости пластин к образованию преципитатов примесей в приповерхностной
области пластины.
Таким образом, заявляемое расположение элементов комбинированной пленки нитри-
да и диоксида кремния приводит к самоформированию дислокационной структуры в объ-
еме кремниевой пластины.
Совокупность всех элементов пленки нитрида и диоксида кремния приводит к образо-
ванию дислокационной сетки, состоящей из множества пирамидальных структур. В связи
с тем что рассматриваемая дислокационная структура образована первичными элемента-
ми рисунка, условно назовем ее структурой первого уровня.
Разделение первичного элемента рисунка (как нитрида, так и диоксида) с размером
стороны а на 9 равных частей квадратной формы и замена центральной части на кон-
трастную по отношению к данному элементу приводят к возникновению нового элемента
(диоксида в случае выбора в качестве первичного элемента островка нитрида и, соответ-
ственно, нитрида в случае выбора диоксида) с размером стороны, равным 1/3a. При этом
образуется новый, второй уровень элементов рисунка, сопровождающийся возникновени-
ем новых границ Si3N4-SiO2. Возникновение новых границ, в свою очередь, сопровожда-
ется генерацией дислокаций вдоль этих границ. Однако, поскольку линейные размеры
элементов второго уровня в 3 раза меньше размеров элементов первого уровня (т.е. пер-
вичных элементов), глубина проникновения генерируемых ими дислокаций в пластину
соответственно уменьшается. Совокупность плоскостей скольжения, генерируемых неко-
торым выбранным вновь образованным элементом, также образует пирамиду с основани-
ем, 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 соот-
ветствующих 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 струк-

6. BY 6675 U 2010.10.30
6
туры. 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 дис-
локационной структуры. Фрактальный характер рисунка в комбинированной пленке нит-
рида и диоксида кремния обеспечивает одновременное наличие дефектов различного
размера, или уровня. Эти уровни существуют не независимо друг от друга, а активно вза-
имодействуют 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 пе-
ресечении 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. Генерируе-
мые различными элементами рисунка плоскости скольжения дислокаций многократно пе-
ресекаются 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 дислока-
ций составляет величину, равную длине стороны первичного элемента рисунка а, что со-
ответствует удвоенной высоте пирамидальных дефектов. Эта глубина h не должна
превышать толщину пластины t, т.е. a≤t. В противном случае дислокации достигнут рабо-
чей поверхности пластины и приведут ее в негодность. С учетом глубины активной струк-
туры и допусков на разброс толщины пластины требования по размерам первичного
элемента рисунка ужесточается до значения a≤0,80t.
Минимальное значение длины стороны а первичных элементов определяется долей
объема пластины, которую занимает дислокационная структура. Экспериментально уста-
новленным минимальным значением является a = 0,25t, при котором примерно четверть
объема пластины занята дислокациями. Меньшие значения а приводят к заметному сни-
жению 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 составляет 1/3a. Повторное разделение каж-
дой из оставшихся восьми частей элемента пленки опять-таки на 9 равных частей квад-
ратной 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)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 эле-
мента n = 1, для элементов второго уровня n = 2 и т.д. Минимальный размер элементов
рисунка при этом в принципе ограничен только возможностями технологического обору-
дования. Однако, как показывает практика, для решения поставленной в данном случае
задачи достаточно, как правило, до трех уровней вновь образованных элементов. Внеш-
ний вид структур различного уровня приведен несколько ниже. Трудоемкость формиро-
вания рисунка при этом не зависит от количества уровней элементов, поскольку осущест-
вляется в едином технологическом цикле.

7. BY 6675 U 2010.10.30
7
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 0),1(1 перпендикулярных поверхности
пластины, что является неприемлемым.
Толщина пленки диоксида кремния менее 0,1 мкм, например 0,05 мкм, также не обес-
печивает достаточно высокого уровня механических напряжений, необходимых для уси-
ления формирования дислокационной структуры. Ее наличие в этом случае практически
незаметно. Толщина пленки диоксида кремния более 2,0 мкм, например 3,0 мкм, приводит
к сильному дисбалансу напряжений, генерируемых диоксидом и нитридом кремния, в ре-
зультате чего рассмотренные выше закономерности генерации дислокаций перестают со-
блюдаться.
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 крем-
ния квадратной формы с длиной стороны а, чередующихся в шахматном порядке по
отношению друг к другу. На фиг. 2 приведено изображение рисунка, состоящее из пер-
вичных элементов, в которых сформированы элементы второго уровня путем их разделе-
ния на 9 равных квадратных частей и замены центральной части на контрастную. Длина
стороны вновь образованного элемента составляет 1/3а. На фиг. 3 приведено изображение
рисунка в комбинированной пленке нитрида и диоксида кремния, состоящее из первич-
ных элементов, в которых сформированы элементы второго и третьего уровней. На фиг. 4
приведено изображение рисунка, состоящее из первичных элементов, в которых сформи-
рованы элементы второго, третьего и четвертого уровней. На фиг. 5 приведено схематиче-
ское 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 элемен-
тов дислокационной структуры, образованной плоскостями скольжения {110} дислока-
ций, 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 ко-
торых увеличено в 8 раз по отношению к изображению, приведенному на фиг. 3). Из
фиг. 6 видно, что вершины пирамидальных дефектов, образованных первичными элемен-
тами, определяют границы основания (выделено пунктирной линией) самоформирующе-
гося пирамидального дефекта с вершиной в точке О. На фиг. 7 схематически изображено
сечение заявляемой пластины в плоскости (100). Дислокационная структура в объеме пла-
стины сформирована в результате релаксации механических напряжений, внесенных ком-
бинированной пленкой нитрида и диоксида кремния с рисунком, приведенным на фиг. 3,
и соответствует виду АА*. На фиг. 7 приняты следующие обозначения: 1 - полупроводни-
ковая пластина толщиной t, 2 - активные элементы формируемых полупроводниковых
приборов. На нерабочей стороне пластины расположены первичные элементы пленки
нитрида и диоксида кремния с длиной стороны а, элементы второго уровня с размером
стороны а/3 в виде островков нитрида кремния 3 и островков диоксида кремния 3*, а так-
же элементы третьего уровня с размером стороны а/9 в виде островков нитрида кремния 4
и островков диоксида кремния 4*. Жирными линиями обозначены плоскости скольжения

8. BY 6675 U 2010.10.30
8
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 кото-
рого максимален, составляет h1 = a, глубина проникновения дислокаций, генерируемых
элементом второго уровня, составляет h2 = a/3, глубина проникновения дислокаций, гене-
рируемых 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. Сравнитель-
ный анализ структуры самоформирующихся областей со структурой областей, образован-
ных 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.
Таким образом, полученная дислокационная сетка представляет собой сложную
организованную структуру, состоящую из множества взаимно проникающих пирамид,
образованных 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 харак-
теристики 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 процессе изго-
товления 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 толщи-
ной t = 460 мкм, предварительно отсортированные по завышенному содержанию некон-
тролируемых примесей. Расчетными значениями размера а первичного элемента являются
величины от 0,25t = 115 мкм до 0,8t = 368 мкм. Пленку нитрида кремния требуемой тол-
щины формировали за счет реакции между дихлорсиланом и аммиаком на установке
"Изотрон-4-150". Рисунок в пленке нитрида кремния формировали методами стандартной

9. BY 6675 U 2010.10.30
9
фотолитографии и плазмохимического травления. Пленку диоксида кремния формирова-
ли 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. За-
тем 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 микроско-
пии при увеличении 250×
. Результаты контроля приведены в таблице.
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.
Влияние характеристик рисунка на устойчивость пластин к дефектообразованию
№
п/п
Толщина
пленки
нитрида
кремния,
мкм
Размер
первич-
ного
элемен-
та, мкм
Толщина
пленки
диоксида
кремния,
мкм
Коли-
чество
уровней
элемен-
тов
Ориен-
тация
сторон
эле-
ментов
Плотность дефектов на рабо-
чей стороне пластины, см-2
Приме-
чание
дислока-
ций
дефектов
упаковки
микро-
дефектов
1 0,05 250 0,8 3 <100> 4×103
- 5×103
фиг. 3
2 0,1 250 0,8 3 <100> 3×101
- 5×100
фиг. 3
3 0,3 6×101
- 2×101
4 0,4 4×100
- 7×100
5 0,6 250 0,8 3 <100> 5×103
2×101
3×102
фиг. 3
6 0,3 70 0,8 3 <100> 4×102
5×100
5×102
фиг. 3
7 0,3 115 0,8 3 <100> 3×101
- 2×101
фиг. 3
8 250 1×101
- 7×100
9 368 2×101
- 5×101
10 0,3 600 0,8 3 <100> 2×103
1×101
1×102
фиг. 3
11 0,05 250 0,05 3 <100> 3×102
- 3×103
фиг. 3
12 0,3 250 0,1 3 <100> 6×101
- 4×100
фиг. 3
13 2,0 3×101
- 2×100
14 0,3 250 3,0 3 <100> 7×101
- 6×101
короб-
ление
15 0,3 250 0,8 1 <100> 6×101
- 3×101
фиг. 1
16 2 5×100
- 6×100
фиг. 2
17 3 3×101
- 3×101
фиг. 3
18 4 7×101
- 5×100
фиг. 4
19 5 1×101
- 3×100
-
20 0,3 250 0,8 3 <110> 5×106
4×103
- фиг. 3
21 прототип 5×103
1×102
5×105
Таким образом, заявляемое техническое решение позволяет по сравнению с прототи-
пом повысить устойчивость пластин к дефектообразованию.

10. BY 6675 U 2010.10.30
10
Фиг. 1 Фиг. 2
Фиг. 3 Фиг. 4
Фиг. 5 Фиг. 7
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.