Патент на полезную модель Республики Беларусь

1. ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(19) BY (11) 6676
(13) U
(46) 2010.10.30
(51) МПК (2009)
H 01L 21/02
(54) ПОЛУПРОВОДНИКОВАЯ КРЕМНИЕВАЯ ПЛАСТИНА
ОРИЕНТАЦИИ (001)
(21) Номер заявки: u 20100243
(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>, а длина стороны выбрана из интервала от 0,25t до 0,80t.
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 об-
разованные части последовательно разделены по тому же правилу необходимое количе-
ство раз.
Фиг. 4
BY6676U2010.10.30

2. BY 6676 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 близкой 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.
Одним из наиболее широко используемых типов подложек являются монокристалли-
ческие пластины ориентации (001), получаемые из кремния, выращенного методом Чо-

3. BY 6676 U 2010.10.30
3
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 концентри-
руются в приповерхностных областях. Их растворимость в кремнии сильно зависит от
температуры. При нагреве от комнатной температуры до ~1000 °С она повышается на не-
сколько порядков. При последующем охлаждении пластин растворимость резко падает и
фактическая концентрация примесей начинает превышать предельную растворимость, в
результате чего образуются преципитаты, представляющие собой микроскопические вы-
деления 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>, а длина стороны выбрана из интервала
от 0,25t до 0,80t,
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 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 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
образованию на этих границах дислокаций в кремнии. Наличие большого количества ре-

4. BY 6676 U 2010.10.30
4
гулярно 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 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 ориента-
ции сторон элементов рисунка в пленке 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 дис-
локации 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 воз-
можных 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 , кото-
рые 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 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 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, совпа-

5. BY 6676 U 2010.10.30
5
дающим с этим элементом. 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, заявляемое расположение элементов пленки нитрида кремния приво-
дит к самоформированию дислокационной структуры в объеме кремниевой пластины.
Совокупность всех элементов 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 первичного элемента рисунка в пленке нитрида кремния (как островка, так
и окна) с размером стороны а на 9 равных частей квадратной формы и замена центральной
части на контрастную по отношению к данному элементу приводит к возникновению но-
вого элемента (окна в случае выбора в качестве первичного элемента островка и, соответ-
ственно, островка в случае выбора окна) с размером стороны, равным 1/3a. При этом
образуется новый, второй, уровень элементов рисунка, сопровождающийся возникнове-
нием новых границ. Возникновение новых границ, в свою очередь, сопровождается гене-
рацией дислокаций вдоль этих границ. Однако поскольку линейные размеры элементов
второго уровня в 3 раза меньше размеров элементов первого уровня (т.е. первичных эле-
ментов), глубина проникновения генерируемых ими дислокаций в пластину соответственно
уменьшается. Совокупность плоскостей скольжения, генерируемых некоторым выбран-
ным вновь образованным элементом, также образует пирамиду с основанием, совпадаю-
щим с этим элементом. Совокупность всех вновь образованных элементов рисунка
приводит к формированию новой совокупности пирамидальных дефектов по всей площа-
ди 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-
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 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 образо-
ванием новых элементов дислокационной структуры за счет явления самоформирования.
Их взаимодействие обусловлено, с одной стороны, взаимодействием полей механических

6. BY 6676 U 2010.10.30
6
напряжений, а с другой стороны, тем, что при пересечении плоскостей скольжения далеко
не все дислокации блокируются. Часть из них прорастает далее вглубь пластины и взаи-
модействует с дислокациями, генерируемыми другими элементами, сначала близлежащи-
ми, а затем и более отдаленными. Генерируемые различными элементами рисунка
плоскости скольжения дислокаций многократно пересекаются друг с другом, и при каж-
дом их пересечении часть дислокаций блокируется. По мере увеличения количества пере-
сечений 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 обра-
зуется дислокационная сеть, плотность которой увеличивается при приближении к нера-
бочей 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 ужесточаются до значения а≤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 каждой
из оставшихся восьми частей элемента пленки опять-таки на 9 равных частей квадратной
формы и замена центральных вновь образованных частей на контрастные приводят к об-
разованию 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 элемента n = 1, для элементов второго уровня n = 2 и т.д. Мини-
мальный размер элементов рисунка при этом в принципе ограничен только возможностями
технологического оборудования. Однако, как показывает практика, для решения постав-
ленной в данном случае задачи достаточно, как правило, до трех уровней вновь образо-
ванных 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 фотолитографиче-
ском 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 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.

7. BY 6676 U 2010.10.30
7
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 эле-
ментов, в которых сформированы элементы второго уровня путем их разделения на 9 рав-
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} дис-
локаций, генерируемых первичным элементом рисунка. Для наглядности этот элемент
приведен в координатах XYZ и вписан в куб, представляющий собой множество элемен-
тарных ячеек кристаллической решетки кремния, а плоскости скольжения выделены за-
ливкой. На фиг. 6 приведено схематическое изображение элементов дислокационной
структуры, образованной плоскостями скольжения {110} дислокаций, генерируемых че-
тырьмя соседними первичными элементами рисунка (в данном случае эти элементы при-
ведены 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 вер-
шины пирамидальных дефектов, образованных первичными элементами, определяют гра-
ницы основания (выделено пунктирной линией) самоформирующегося пирамидального
дефекта с вершиной в точке О. На фиг. 7 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. 7 приняты следу-
ющие обозначения: 1 - полупроводниковая пластина толщиной t, 2 - активные элементы
формируемых полупроводниковых приборов. На нерабочей стороне пластины располо-
жены первичные элементы пленки нитрида кремния с длиной стороны а, элементы второ-
го уровня с размером стороны а/3 в виде островков 3 и окон 3*, а также элементы третьего
уровня с размером стороны а/9 в виде островков 4 и окон 4*. Жирными линиями обозна-
чены плоскости скольжения дислокаций, генерируемые краями элементов рисунка в
пленке нитрида кремния и пересекающиеся друг с другом с образованием пирамиды, ос-
нованием которой является элемент рисунка (островок или окно). Тонкими линиями обо-
значены остальные плоскости скольжения. Из фиг. 7 видно, что глубина проникновения
дислокаций, генерируемых первичным элементом, размер которого максимален, состав-
ляет h1 = a, глубина проникновения дислокаций, генерируемых элементом второго уровня,
составляет h2 = a/3, глубина проникновения дислокаций, генерируемых элементом третье-
го 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 самофор-
мирующихся областей со структурой областей, образованных непосредственно элемента-
ми 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 органи-
зованную структуру, состоящую из множества взаимно проникающих пирамид, образован-
ных плоскостями скольжения (101), )1(10 , (011) и 1)1(0 , причем плотность дислокаций
увеличивается при приближении к нерабочей стороне пластины.

8. BY 6676 U 2010.10.30
8
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 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
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
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.
Таким образом, заявляемое техническое решение позволяет по сравнению с прототи-
пом повысить устойчивость пластин к дефектообразованию.

9. BY 6676 U 2010.10.30
9
Влияние характеристик пленки нитрида кремния
на устойчивость пластин к дефектообразованию
№
п/п
Толщина
пленки
нитрида
кремния,
мкм
Размер
первич-
ного
элемен-
та, мкм
Коли-
чество
уровней
элемен-
тов
Ориен-
тация
сторон
эле-
ментов
Плотность дефектов на рабочей
стороне пластины, см-2
Приме-
чание
дислокаций
дефектов
упаковки
микроде-
фектов
1 0,05 250 3 <100> 3×103
- 4×103
фиг. 3
2 0,1
250 3 <100>
2×101
- 6×101
фиг. 3
3 0,3 5×100
- 3×101
фиг. 3
4 0,4 5×1011
- 5×100
фиг. 3
5 0,6 250 3 <100> 4×103
3×101
4×102
фиг. 3
6 0,3 70 3 <100> 7×102
3×100
5×102
фиг. 3
7 0,3 115 3 <100> 5×101
- 3×101
фиг. 3
8 250 1×101
- 3×101
фиг. 3
9 368 4×101
- 4×101
фиг. 3
10 0,3 600 3 <100> 3×103
2×101
2×102
фиг. 3
11
0,3 250
1
<100>
2×101
- 2×1011
фиг. 1
12 2 4×100
- 9×100
фиг. 2
13 3 3×101
- 2×101
фиг. 3
14 4 4×101
- 3×100
фиг. 4
15 5 2×101
- 7×100
-
16 0,3 250 3 <110> 3×106
5×103
- фиг. 3
17 прототип 5×103
1×102
5×105
Фиг. 1 Фиг. 2
Фиг. 3

10. BY 6676 U 2010.10.30
10
Фиг. 5 Фиг. 6
Фиг. 7
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.