Документ описывает полезную модель полупроводниковой кремниевой пластины ориентации (111), которая включает пленку нитрида кремния с рисунком в виде правильных треугольных островков и окон для улучшения устойчивости к дефектообразованию. Эта структура помогает поглощать неконтролируемые примеси, что способствует повышению качества полупроводниковых приборов. Заявленная модель может быть использована в микроэлектронике при изготовлении полупроводниковых изделий.

1. (19) BY (11) 6339
(13) U
(46) 2010.06.30
ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(51) МПК (2009)
H 01L 21/00
(54) ПОЛУПРОВОДНИКОВАЯ КРЕМНИЕВАЯ ПЛАСТИНА
ОРИЕНТАЦИИ (111)
(21) Номер заявки: u 20090987
(22) 2009.11.25
(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 (111) с полированной рабо-
чей поверхностью и толщиной t, обеспечивающей необходимую прочность, отличаю-
щаяся тем, что на нерабочей поверхности содержит пленку нитрида кремния толщиной
0,1-0,4 мкм, в которой сформирован рисунок в виде чередующихся правильных треуголь-
ных островков и окон с размером стороны (0,3-l,0)t при ориентации сторон в кристалло-
графических направлениях типа <110>.
2. Полупроводниковая кремниевая пластина ориентации (111) по п. 1, отличающаяся
тем, что углы островков ориентированы в кристаллографических направлениях ]211[ ,
]121[ и ]11[2 , при этом в них последовательно вписаны окна.
3. Полупроводниковая кремниевая пластина ориентации (111) по п. 1, отличающаяся
тем, что углы окон ориентированы в кристаллографических направлениях ]211[ , ]121[ и
]11[2 , при этом в них последовательно вписаны островки.
Фиг. 1
BY6339U2010.06.30

2. BY 6339 U 2010.06.30
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. - C. 46.
5. Патент РБ 1188, МПК7
H 01L 21/302, 2003 (прототип).
6. Технология СБИС: В 2-х кн. Книга 1. Пер. с англ. / Под ред. Зи С. - 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 дефек-
тообразования 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 форми-
руемых 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 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 (111), получаемые из кремния, выращенного методом Чох-

3. BY 6339 U 2010.06.30
3
ральского, 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 мате-
риалов, приводит к неконтролируемому загрязнению пластин металлами. Особенностью
распределения этих загрязнений по объему пластины является то, что они концентриру-
ются в приповерхностных областях. Их растворимость в кремнии сильно зависит от темпе-
ратуры. При нагреве от комнатной температуры до ∼1000 °С она повышается на несколько
порядков. При последующем охлаждении пластин растворимость резко падает, и факти-
ческая концентрация примесей начинает превышать предельную растворимость, в резуль-
тате чего образуются преципитаты, представляющие собой микроскопические выделения
второй фазы. Плотность таких выделений достигает 106
см-2
и более. В результате ухуд-
шаются 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 (111) к образованию преципитатов примесей.
Поставленная задача решается тем, что полупроводниковая кремниевая пластина ори-
ентации (111) 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 в виде чередующихся правильных
треугольных островков и окон с размером стороны (0,3-1,0)t при ориентации сторон в
кристаллографических направлениях типа <110>, а также тем, что углы островков ориен-
тированы в кристаллографических направлениях ]211[ , ]121[ и ]11[2 , при этом в них
последовательно вписаны окна, а также тем, что углы окон ориентированы в кристалло-
графических направлениях ]211[ , ]121[ и ]11[2 , при этом в них последовательно впи-
саны островки.
Сущность заявляемого технического решения заключается в поглощении неконтроли-
руемых примесей управляемой 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 приводят 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 регу-
лярно расположенных окон и островков в пленке нитрида кремния на нерабочей поверх-
ности пластины приводит к формированию в ее объеме сетки дислокаций, управляемой
параметрами рисунка.
Стороны топологических элементов на поверхности пластины ориентации (111) могут
быть выполнены в одном из двух основных типов кристаллографических направлений -

4. BY 6339 U 2010.06.30
4
<112> или <110>. Угол между этими направлениями составляет 30°. Все остальные на-
правления являются промежуточными. Если топологический элемент имеет углы, равные
2n×30° (где n - целое число), он может быть ориентирован строго в кристаллографических
направлениях одного типа. Если островок или окно имеет прямоугольную форму (с угла-
ми 90°≠2n×30°), его смежные стороны могут быть ориентированы либо одновременно в
направлениях двух рассматриваемых типов, либо в промежуточных направлениях. Такая
форма элементов не соответствует заявляемому техническому решению. А если же они
имеют форму правильного треугольника (n = 1) или шестиугольника (n = 2), все их сторо-
ны могут быть ориентированы в кристаллографических направлениях только одного типа.
Поскольку шестиугольник является линейной комбинацией треугольников, единственной
рассматриваемой формой элементов формируемого рисунка в нитриде кремния является
правильный треугольник.
Известно, что в кремнии основными плоскостями скольжения дислокаций являются
кристаллографические плоскости типа {111} и {110}. В пластине ориентации (111) плос-
кости типа {111} расположены под углами α1 = 0° (т.е. параллельно поверхности, в дан-
ном случае это плоскость )111( , находящаяся в двойниковой ориентации по отношению
к рабочей поверхности) и α2 = 70°32' к плоскости пластины, а плоскости типа {110} рас-
положены под углами α3 = 90° (т.е. перпендикулярно поверхности, а именно плоскости
0)1(1 , )1(10 и )1(01 ) и α4 = 35°16' (а именно плоскости (110), (101) и (011)) к поверхно-
сти пластины.
В случае ориентации сторон элементов рисунка в пленке нитрида кремния в кристал-
лографических направлениях типа <112> генерация дислокаций энергетически наиболее
выгодна в плоскостях 0)1(1 , )1(10 и )1(01 , расположенных перпендикулярно поверх-
ности пластины, т.к. энергия образования этих дислокаций минимальна. При этом дисло-
кации практически беспрепятственно прорастают на рабочую поверхность, приводя ее в
негодность для формирования активных элементов полупроводниковых приборов.
Ориентация сторон элементов рисунка в пленке нитрида кремния в направлениях
0]1[1 , ]1[10 и ]1[01 позволяет сформировать сетку дислокаций в плоскостях (110) и
)1(11 , (101) и 1)1(1 , (011) и 11)1( попарно, соответственно кристаллографическому
направлению ориентации стороны элемента. Генерация дислокаций именно в этих
плоскостях в данном случае энергетически наиболее выгодна и обусловлена тем, что воз-
никающие от механических напряжений на границе элемента изгибающие моменты пер-
пендикулярны границе этого элемента.
Совокупность плоскостей {111} скольжения дислокаций, формируемых единичным
первичным элементом рисунка в пленке нитрида кремния, образует правильный тетраэдр
с основанием, совпадающим с этим элементом, а совокупность плоскостей скольжения
{110} образует тетраэдр с тем же основанием, но меньшей высоты. Пересечение рассмат-
риваемых плоскостей скольжения приводит к блокированию дислокаций, скользящих в
пересекающихся плоскостях с образованием дислокационных полупетель, закрепленных
концами на обратной стороне пластины. Фактически образуется новый элемент структуры -
тетраэдрический дефект упаковки, который, в зависимости от локальной плотности дисло-
каций, может быть полным или частичным. Эффективность поглощения неконтролируемых
примесей дефектами упаковки значительно выше, чем дислокациями, что обеспечивает
качественно новый уровень устойчивости пластин к дефектообразованию. Совокупность
всех первичных элементов пленки нитрида кремния приводит к образованию дислокаци-
онной сетки, состоящей из множества одинаковых "двойных тетраэдров".
Любой элемент рисунка в пленке нитрида кремния, выбранный в качестве централь-
ного, окружен тремя боковыми соседними элементами, которые по отношению к нему яв-
ляются "контрастными" и находятся в двойниковой ориентации. Так, любой островок

5. BY 6339 U 2010.06.30
5
окружен тремя окнами и любое окно окружено тремя островками. Стороны этих элементов
ориентированы в кристаллографических направлениях одного и того же типа <110>, но их
углы ориентированы в неравнозначных взаимно противоположных направлениях типа
<112>. При ориентации углов элементов в направлениях ]211[ , ]121[ и ]11[2 плоскости
скольжения {111} и {110} пересекаются с образованием тетраэдров внутри объема пла-
стины. При ориентации углов элементов в направлениях ]211[ , ]121[ и 1]12[ расположе-
ние плоскостей скольжения {111} и {110} таково, что они пересекаются с образованием
тетраэдров вне объема пластины. Вписывание новых элементов рисунка в элемент, углы
которого расположены в направлениях ]211[ , ]121[ и 1]12[ , приводит к образованию тет-
раэдров плоскостей скольжения, не имеющих общих плоскостей с элементами большего
размера. В связи с этим процессы самоформирования дислокационной структуры затруд-
нены. Если же углы элемента, в который вписывается новый элемент рисунка, ориентирова-
ны в кристаллографических направлениях ]211[ , ]121[ и ]11[2 , тетраэдры плоскостей
скольжения, соответствующие вновь образованным элементам, имеют две общие грани с
тетраэдрами плоскостей скольжения, соответствующими элементам большего размера.
Для образования одной новой грани требуется немного энергии, поэтому значитель-
ная доля энергии остается и расходуется на процессы самоформирования дислокационной
структуры.
Разделение первичных элементов пленки нитрида кремния на элементы меньших разме-
ров путем последовательного вписывания островков или окон при соблюдении кристалло-
графической ориентации их сторон приводит к увеличению плотности формируемой
дислокационной сетки и, соответственно, к повышению эффективности поглощения не-
контролируемых примесей. При этом форма вновь образующихся элементов пленки нитри-
да кремния повторяет форму первичных элементов, т.е. они также являются правильными
треугольниками. Вписывание в треугольный островок треугольного окна приводит к об-
разованию трех новых островков и одного нового окна. Вписывание в треугольное окно
треугольного островка приводит к образованию трех новых окон и одного нового остров-
ка. Последовательное повторение этих действий приводит к образованию своеобразной
фрактальной структуры как пленки нитрида кремния, так и образующейся впоследствии
дислокационной сетки. Такие структуры очень устойчивы и склонны к самоформирова-
нию, что значительно повышает их эффективность.
Поскольку дислокации образуются по границам элементов, выбор в качестве первич-
ного элемента островка или окна принципиального значения не имеет. Важно, чтобы все
вновь вписываемые элементы были контрастными по отношению к первичному. Если
первичным элементом является островок, в него вписывают только окна. В эти окна новые
элементы рисунка не вписывают. И наоборот, если первичным элементом является окно, в
него последовательно вписывают только островки, которые на дальнейшем этапе остав-
ляют неделимыми. Только в этом случае образуется структура, состоящая из элементов
различного размера. Одновременное вписывание элементов двух типов - окон и островков -
приводит к тому, что конечная структура состоит только из элементов минимального раз-
мера, элементы больших размеров исчезают. Это приводит к резкому снижению глубины
дислокационной структуры, ее локализации вблизи нерабочей поверхности пластины и
потере эффективности.
Совокупность плоскостей скольжения дислокаций, формируемую такой фрактальной
структурой, можно описать следующим образом. Вначале формируется сетка "сдвоенных
тетраэдров" с основанием, совпадающим с первичным элементом пленки нитрида крем-
ния. При первом разделении первичных элементов пленки нитрида кремния на элементы
меньшего размера в объеме кремниевой пластины формируется новый уровень сетки дис-
локаций, представляющий собой также "тетраэдры", но площадь их основания уже в 41
раза меньше. При втором разделении элементов образуется 42
элементов, площадь осно-

6. BY 6339 U 2010.06.30
6
вания которых в 42
раза меньше по отношению к первичному "тетраэдру" и т.д. Высота
"тетраэдров" каждый раз уменьшается в 2 раза. При этом вершины "тетраэдров" одного
уровня находятся на одной и той же высоте и лежат в плоскости (111), которая также яв-
ляется плоскостью скольжения, что приводит к образованию нового элемента дислокаци-
онной структуры - октаэдра. Его можно рассматривать также как фигуру, образованную в
результате пересечения двух тетраэдров. Основание первого тетраэдра совпадает с пер-
вичным элементом в пленке нитрида кремния. Основание второго тетраэдра лежит на вы-
соте, равной половине высоты первого тетраэдра, находится в двойниковой ориентации по
отношению к основанию первого тетраэдра, а его вершина обращена в сторону нерабочей
поверхности пластины. Грани этого "второго тетраэдра" частично образованы гранями
тетраэдров, основания которых совпадают с вновь образованными (т.е. образованными в
результате вписывания нового элемента) элементами рисунка в пленке нитрида кремния.
Очевидно, что образование "второго тетраэдра" и октаэдра происходит за счет явления
самоформирования. Аналогично происходит формирование дислокационной структуры в
плоскостях {110}. Вершины "тетраэдров", образованные плоскостями скольжения {110},
находятся на одинаковой высоте и лежат в плоскости (111). Это приводит к самоформи-
рованию вторичных "тетраэдров", находящихся в двойниковой ориентации по отношению
к первичным и обращенных вершиной в сторону нерабочей поверхности пластины. Пере-
сечение совокупностей "тетраэдров", образованных плоскостями скольжения {111} и
{110}, обеспечивает получение устойчивой взаимосвязанной структуры, состоящей из
дислокаций и дефектов упаковки и управляемой параметрами рисунка в пленке Si3N4.
Дальнейшее разделение элементов рисунка в пленке нитрида кремния приводит к об-
разованию следующего уровня дислокационной сетки. Закономерности его образования
аналогичны описанным выше. Этот уровень встраивается в предшествующий, образован-
ный более крупными элементами, поскольку имеет общие с ним плоскости скольжения,
но характеризуется большей плотностью дислокаций и расположен на меньшей глубине.
Количество таких уровней подбирается опытным путем с учетом требуемой эффективно-
сти поглощения неконтролируемых примесей. Иначе, от качества исходного материала,
чистоты применяемых реактивов, длительности и сложности технологического цикла из-
готовления активной структуры и т.п.
Заявляемое техническое решение предполагает использование в качестве первичного
элемента рисунка как островков, так и окон. Внешний вид формируемой структуры в обо-
их случаях отличается тем, что они являются негативом и позитивом по отношению друг
к другу, однако, как показали экспериментальные исследования, различия в их эффектив-
ности для решения поставленной задачи не замечено.
Элементы пленки нитрида кремния меньшего размера приводят к возникновению ме-
ханических напряжений, величина которых уменьшается пропорционально размеру этих
элементов. Кроме того, пересечение плоскостей скольжения дислокаций, генерируемых
различными элементами различного уровня, приводит к их взаимному блокированию и
образованию дислокационных полупетель. Поэтому разделение первичных элементов ри-
сунка на более мелкие не приводит к прорастанию дислокационной структуры на рабочую
поверхность. Каждой совокупности элементов рисунка одинакового размера соответству-
ет дислокационная сетка, проникающая на некоторую глубину, зависящую от размеров
этих элементов. С уменьшением размеров, обусловленным последовательным вписывани-
ем все новых элементов, глубина соответствующей им дислокационной сетки становится
меньше, а ее плотность, обусловленная возрастанием количества элементов, возрастает.
Одновременное наличие элементов рисунка различного размера обеспечивает формиро-
вание результирующей дислокационной сетки, представляющей собой множество сеток,
соответствующих этим элементам и встроенных друг в друга в определенном порядке. В
результате в объеме пластины формируется устойчивая сетка дислокаций, плотность ко-
торой возрастает при приближении к обратной стороне пластины.

7. BY 6339 U 2010.06.30
7
Экспериментально установлено, что практически все дислокации блокируются на
глубине a, соответствующей пересечению плоскостей скольжения {111} дислокаций,
генерируемых первичным элементом в пленке нитрида кремния, имеющего при этом
максимальный размер d из всех элементов рисунка, т.е. равной высоте тетраэдра, которая
составляет:
a = d×sin (90°-35°16') ≈ 0,82d.
Эта глубина не должна превышать толщину пластины t. Отсюда следует, что размер d
элемента в пленке нитрида кремния не должен превышать t/0,82 ≈ 1,2t. С учетом глубины
активной структуры и допусков на разброс толщины пластины это требование ужесточа-
ется до значения 1,0t.
Минимальное значение размера d первичных элементов структуры определяется до-
лей объема пластины, которую занимает дислокационная структура. Экспериментально
установленным минимальным значением является d = 0,3t, при котором примерно чет-
верть объема пластины занята дислокациями. Меньшие значения d приводят к заметному
снижению эффективности поглощения неконтролируемых примесей.
Размер элементов следующего уровня, на которые затем разделяют первичные элементы,
определяется размером первичного элемента. Так, каждый правильный треугольник,
представляющий собой первичный элемент, в соответствии с заявляемым техническим
решением может быть разделен ровно на 4 элемента одинакового размера. А каждый из
этих вновь полученных элементов, в свою очередь, также может быть разделен опять таки
на 4 элемента еще меньшего размера и т.д. Минимальный размер элементов рисунка при
этом в принципе ограничен только возможностями технологического оборудования. Од-
нако, как показывает практика, для решения поставленной в данном случае задачи доста-
точно, как правило, до трех уровней вписанных элементов. Внешний вид структур
различного уровня приведен несколько ниже. Трудоемкость формирования рисунка в
пленке нитрида кремния при этом не зависит от минимального размера элементов.
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 0)1(1 , )1(10 и )1(01 , перпендикулярных
поверхности пластины, что является неприемлемым.
Заявляемое техническое решение поясняется фиг. 1-8.
На фиг. 1 приведено схематическое изображение рисунка в пленке нитрида кремния,
состоящее их чередующихся элементов в виде островков и окон с длиной стороны d. Углы
островков ориентированы в кристаллографических направлениях ]211[ , ]121[ и ]11[2 ,
углы окон ориентированы в кристаллографических направлениях ]211[ , ]121[ и 1]12[ . На
фиг. 2 приведено изображение рисунка в пленке нитрида кремния, состоящее из первич-
ных островков, разделенных на элементы меньшего размера путем вписывания одного
уровня окон. На фиг. 3 приведено изображение рисунка в пленке нитрида кремния, со-
стоящее из первичных элементов, разделенных на элементы меньшего размера путем впи-
сывания двух уровней окон. На фиг. 4 приведено изображение рисунка в пленке нитрида
кремния, состоящее из первичных элементов, разделенных на элементы меньшего размера
путем вписывания трех уровней окон. Внешний вид фрактальной структуры, полученной
при использовании в качестве первичного элемента окна в нитриде кремния, является не-
гативным по отношению к изображениям, приведенным на фиг. 1-4. В этом случае углы
окон ориентированы в кристаллографических направлениях ]211[ , ]121[ и ]11[2 , а углы
островков ориентированы в кристаллографических направлениях ]2[11 , 1]2[1 и 11]2[ . На

8. BY 6339 U 2010.06.30
8
фиг. 5 приведено схематическое изображение элемента дислокационной структуры, обра-
зованной плоскостями скольжения {111} дислокаций, генерируемых первичным элемен-
том рисунка. Для наглядности этот элемент приведен в координатах XYZ и вписан в куб,
представляющий собой множество элементарных ячеек кристаллической решетки крем-
ния, а соответствующие ему плоскости скольжения выделены заливкой. Элементы дисло-
кационной структуры, образованные плоскостями скольжения {110}, по своей форме
аналогичны элементам, образованным плоскостями {111}, но имеют меньшую высоту и
находятся внутри последних. Во избежание загромождения рисунка здесь и на последующих
фиг. 6 и фиг. 7 они не показаны. На фиг. 6 приведено изображение элементов дислокацион-
ной структуры, образованных плоскостями скольжения {111} вблизи поверхности пластины,
после разделения первичного элемента на элементы меньшего размера. Эти тетраэдры на-
ходятся внутри тетраэдра, изображенного на фиг. 5. На фиг. 7 приведено изображение
элементов дислокационной структуры, образованных плоскостями скольжения {111}, после
второго разделения первичного элемента на элементы меньшего размера. Эти тетраэдры
находятся внутри тетраэдров, изображенных на фиг. 6. На фиг. 8 схематически изображена
дислокационная структура, сформированная в результате релаксации механических напряже-
ний, внесенных пленкой нитрида кремния с рисунком, приведенным на фиг. 3, и соответ-
ствующая виду АА*. Сплошными линиями изображены плоскости скольжения дислокаций,
соответствующие первичным элементам рисунка в пленке нитрида кремния. Штриховыми
линиями изображены плоскости скольжения, соответствующие элементам, полученным в
результате первого уровня разделения первичных элементов на элементы меньшего размера.
Точечными линиями изображены плоскости скольжения, соответствующие элементам,
полученным в результате второго уровня разделения первичных элементов на элементы
меньшего размера. Некоторые плоскости скольжения, соответствующие процессам само-
формирования дислокационной структуры, изображены штрихпунктирными линиями.
Таким образом, полученная дислокационная сетка представляет собой сложную орга-
низованную структуру, состоящую из множества тетраэдров, образованных плоскостями
скольжения (111) и (110), 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 отсутствие
их преципитации, т.е. дефекты на рабочей поверхности не образуются. Таким образом,

9. BY 6339 U 2010.06.30
9
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 КДБ 10 ориентации (111) и толщи-
ной t = 450 мкм, предварительно отсортированные по завышенному содержанию некон-
тролируемых примесей. Расчетными значениями размера d первичного элемента являются
величины от 0,3t = 135 мкм до 1,0t = 450 мкм. Пленку нитрида кремния требуемой толщи-
ны формировали за счет реакции между силаном и аммиаком на установке "Изотрон-1".
Рисунок в пленке нитрида кремния формировали методами стандартной фотолитографии и
плазмохимического травления. Характеристики полученной структуры приведены в таблице.
Влияние характеристик пленки нитрида кремния
на устойчивость пластин к дефектообразованию
Плотность дефектов на рабочей
стороне пластины, см-2
№
п/п
Толщина
пленки
нитрида
кремния,
мкм
Размер
первич-
ного
элемен-
та, мкм
Количество
уровней
вписанных
элементов
Ориен-
тация
сторон
эле-
ментов
Ориентация углов и
вид первичных
элементов
(А - островки,
Б - окна)
дислока-
ций
дефектов
упаковки
микроде-
фектов
1 0,05 250 2 <110>
А, ]211[ , ]121[ и
]11[2
2×103
- 3×103
2 0,1 4×101 - 5×101
3 0,3 1×102 - 2×101
4 0,4
250 2 <110>
А, ]211[ , ]121[ и
]11[2
3×102 - 7×101
5 0,6 250 2 <110>
А, ]211[ , ]121[ и
]11[2
5×103
3×101
5×101
6 0,3 50 2 <110>
А, ]211[ , ]121[ и
]11[2
8×103
2×101
1×101
7 135 8×101 - 2×101
8 250 3×102 - 2×101
9
0,3
450
2 <110>
А, ]211[ , ]121[ и
]11[2
5×102 - 6×101
10 0,3 600 2 <110>
А, ]211[ , ]121[ и
]11[2
6×103
2×101
2×101
11 0,3 250 0 <110>
A, ]211[ , ]121[ и
]11[2
5×101
- 2×102
12 1 3×102 - 6×101
13 2 4×102 - 9×101
14
0,3 250
3
<110>
А, ]211[ , ]121[ и
]11[2
9×101 - l×101
15 0,3 250 2 <110>
Б, ]211[ , ]121[ и
]11[2
7×101
- 5×101
16 0,3 250 2 <112>
А, ]211[ , ]121[ и
]11[2
5×106
3×103
-
17 0,3 250 2 <110>
А, ]2[11 , 1]2[1 и
11]2[
5×102
- 7×103
18 Прототип 5×103
1×102
5×105

10. BY 6339 U 2010.06.30
10
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
Сиртла 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.
Из приведенных данных видно, что при использовании заявляемого технического ре-
шения устойчивость пластин к дефектообразованию значительно возрастает. Ориентация
сторон элементов рисунка в направлениях типа <112> приводит к значительному повы-
шению плотности дислокаций и дефектов упаковки на рабочей стороне пластин. Ориен-
тация углов элементов рисунка в направлениях ]2[11 , 1]2[1 и 11]2[ приводит к
снижению эффективности поглощения неконтролируемых примесей. Использование за-
предельных значений заявляемых параметров не позволяет в полной мере решить постав-
ленную задачу.
Таким образом, заявляемое техническое решение позволяет по сравнению с прототи-
пом повысить устойчивость пластин к дефектообразованию.
Фиг. 2 Фиг. 3
Фиг. 4

11. BY 6339 U 2010.06.30
11
Фиг. 5 Фиг. 6
Фиг. 7
Фиг. 8
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.