-

1. (19) BY (11) 6342
(13) U
(46) 2010.06.30
ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(51) МПК (2009)
H 01L 21/02
(54) ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ПОКРЫТИЕ ДЛЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ
КРЕМНИЕВЫХ ПЛАСТИН ОРИЕНТАЦИИ (111)
(21) Номер заявки: u 20090988
(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. Функциональное покрытие для полупроводниковых кремниевых пластин ориента-
ции (111), содержащее слой диоксида кремния толщиной 0,5-2,5 нм и слой нитрида крем-
ния, отличающееся тем, что слой нитрида кремния толщиной 0,1-0,4 мкм разделен на
элементы в виде правильных треугольных островков, причем стороны этих элементов
ориентированы в кристаллографических направлениях типа <110>, расстояние между ними
составляет 10-100 мкм, а длина стороны выбрана из интервала (0,3-1,0)t, где t - толщина
пластин.
2. Функциональное покрытие для полупроводниковых кремниевых пластин ориента-
ции (111) по п. 1, отличающееся тем, что упомянутые элементы слоя нитрида кремния
разделены на элементы меньших размеров вписанными в них окнами при сохранении
формы и ориентации сторон вновь образованных элементов.
(56)
1. Технология СБИС: В 2-х кн.: Пер. с англ. / Под ред. С.Зи. - М.: Мир, 1986.
2. Патент РБ 11325, МПК(2006) H 01L 21/02, 2008 (прототип).
Фиг. 2
BY6342U2010.06.30

2. BY 6342 U 2010.06.30
2
3. Кислый П.С. Кремния нитрид. Химическая энциклопедия. Т. 2. - М.: Советская
энциклопедия, 1990. - С. 519.
4. Мильвидский М.Г. Кремний. Химическая энциклопедия. Т. 2. - М.: Советская
энциклопедия, 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 полупро-
водниковой пластины. Активная структура приборов изготавливается последовательным
формированием на этой пластине различных слоев требуемой конфигурации с использо-
ванием тонкопленочных покрытий различного функционального назначения. Тонкие
твердые пленки в микроэлектронной технологии выполняют функции конструктивного
материала для формирования активных элементов интегральных схем (ИС), например,
подзатворного диэлектрика МДП ИС (ИС на основе полевых транзисторов со структурой
металл - диэлектрик - полупроводник), вспомогательных слоев, например, в качестве мас-
ки при ионном легировании, защитных и пассивирующих покрытий и т.п. [1].
При этом одной из общих функций тонких твердых пленок является защита активной
структуры от проникновения нежелательных примесей на выбранном этапе формирова-
ния этой структуры. Однако эти покрытия не защищают активную структуру от примесей,
которые уже проникли в полупроводниковую структуру на более ранних этапах изготов-
ления, например, при выращивании кремния. Напротив, их наличие на поверхности пла-
стины приводит к образованию переходной области между материалом покрытия и
кремнием. Эта область служит стоком для неконтролируемых примесей в связи с наличи-
ем в ней большого градиента механических напряжений и ненасыщенных химических
связей. Накопление неконтролируемых примесей в приповерхностной области пластины
приводит к образованию характерных дефектов, которые значительно ухудшают характе-
ристики изготавливаемых полупроводниковых приборов.
Рассматриваемые покрытия, кроме того, обладают определенной селективностью дей-
ствия по отношению к тем или иным загрязнениям, в связи с чем более широкое примене-
ние нашли многослойные покрытия.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению, его прототипом, является
многослойное пассивирующее покрытие, содержащее последовательно сформированные
на полупроводниковой подложке слои диоксида кремния толщиной 0,5-2,5 нм, поликри-
сталлического кремния, нитрида кремния толщиной 0,05-0,2 мкм и борофосфоросиликат-
ного стекла толщиной 0,6-2,0 мкм [2].
Прямым функциональным назначением такого покрытия является защита активных
областей полупроводникового прибора от загрязняющих примесей. Борофосфоросиликат-
ное стекло служит защитой от проникновения в структуру влаги, нитрид кремния защи-
щает прибор от подвижных ионов, тонкий диоксид кремния служит для обеспечения
электрической связи между покрытием и подложкой за счет туннельного эффекта. Тол-
щина слоя поликристаллического кремния при этом не регламентируется. Его функцией,
как следует из описания прототипа, является уменьшение плотности зарядовых состояний
на границе раздела покрытия и полупроводниковой структуры.
Недостатком прототипа, как и аналогов, является то, что оно обеспечивает только пас-
сивную защиту активной структуры от примесей, которые могут быть внесены в структуру
после формирования этого покрытия. Такое многослойное покрытие играет роль пассив-
ного барьера на пути неконтролируемых примесей из внешней среды. Оно формируется
на завершающих этапах изготовления активной структуры полупроводникового прибора,
когда практически все высокотемпературные операции уже выполнены. Рассматриваемое

3. BY 6342 U 2010.06.30
3
покрытие не защищает активную структуру от неконтролируемых примесей, которые вне-
сены в нее ранее в течение цикла изготовления.
Неконтролируемые примеси накапливаются в кремнии, начиная уже с момента его
выращивания. Одними из наиболее широко используемых типов подложек являются
монокристаллические пластины ориентации (111), получаемые из кремния, выращенного
методом Чохральского, и содержащие в качестве загрязняющих примесей преимущест-
венно кислород и углерод. Воздействие на пластину разнообразных технологических сред
при различных температурах, контакт с технологической оснасткой, изготовленной из
различных материалов, приводит к неконтролируемому загрязнению пластин металлами.
Их растворимость в кремнии сильно зависит от температуры. При нагреве от комнатной
температуры до ∼1000 °С она для подавляющего большинства неконтролируемых примесей
повышается на несколько порядков. При последующем охлаждении пластин раствори-
мость резко падает и фактическая концентрация примесей начинает превышать предель-
ную растворимость, в результате чего образуются преципитаты, представляющие собой
микроскопические выделения второй фазы. Плотность таких выделений на рабочей
поверхности пластины достигает 106
см-2
и более. Эти дефекты являются причиной так
называемых "мягких" характеристик приборов, когда обратные токи p-n-переходов воз-
растают, а напряжение их пробоя снижается.
Таким образом, прототип не обеспечивает защиту активной структуры от имеющихся
в ней неконтролируемых примесей.
Задачей заявляемой полезной модели является расширение функциональных возмож-
ностей покрытия по защите активной структуры от неконтролируемых примесей.
Поставленная задача решается тем, что в функциональном покрытии для полупроводни-
ковых кремниевых пластин ориентации (111), содержащем слой диоксида кремния тол-
щиной 0,5-2,5 нм и слой нитрида кремния, слой нитрида кремния толщиной 0,1-0,4 мкм
разделен на элементы в виде правильных треугольных островков, причем стороны этих
элементов ориентированы в кристаллографических направлениях типа <110>, расстояние
между ними составляет 10-100 мкм, а длина стороны выбрана из интервала (0,3-1,0)t,
где t - толщина пластин, а также тем, что упомянутые элементы слоя нитрида кремния
разделены на элементы меньших размеров вписанными в них окнами при сохранении
формы и ориентации сторон вновь образованных элементов.
Сущность заявляемого технического решения заключается в появлении новой актив-
ной функции покрытия - генерации в кремниевой пластине управляемой сетки дислока-
ций, которая поглощает неконтролируемые примеси, внесенные как на предыдущих
этапах формирования полупроводниковых приборов, так и на последующих.
Заявляемое покрытие, в отличие от прототипа, формируется на нерабочей стороне
пластины на начальных этапах изготовления полупроводниковой структуры. Образующаяся
сетка дислокаций устойчива к воздействию разнообразных технологических факторов и
"работает" в течение всего цикла изготовления приборов, а также при их последующей
эксплуатации.
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 заявляемом
функциональном покрытии.
Особенностью пленок нитрида кремния является наличие в них высоких растягиваю-
щих структурных напряжений - до 100 ГПа [1], обусловленных процессами формирования
пленки. Несмотря на небольшое различие в значении коэффициента линейного термиче-
ского расширения (клтр) Si3N4 и кремния (3,4×10-6
К-1
для Si3N4 [3] и 3,72×10-6
К-1
для Si
[4]), использование высоких температур при изготовлении полупроводниковых приборов

4. BY 6342 U 2010.06.30
4
и отсутствие полиморфных превращений Si3N4 приводят к возникновению высоких меха-
нических 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. Нали-
чие большого количества регулярно расположенных элементов пленки нитрида кремния
на нерабочей поверхности пластины приводит к формированию в ее объеме сетки дисло-
каций, управляемой параметрами рисунка. Наличие слоя диоксида кремния в составе за-
являемого покрытия предупреждает образование дислокаций в центральной части
элемента пленки нитрида кремния. Диоксид кремния в данном случае выполняет функ-
цию переходного и демпфирующего слоя.
Стороны топологических элементов покрытия на поверхности пластины ориентации
(111) могут быть выполнены в одном из двух основных типов кристаллографических
направлений - <112> или <110>. Угол между этими направлениями составляет 30°. Все
остальные направления являются промежуточными. Если топологический элемент имеет
углы, равные 2n×30° (где n - целое число), он может быть ориентирован строго в кристал-
лографических направлениях одного типа. Если островок имеет прямоугольную форму (с
углами 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 покрытии является пра-
вильный 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 покрытия в кристаллографических направле-
ниях типа <112> генерация дислокаций энергетически наиболее выгодна в плоскостях
0)1(1 , )1(10 и )1(01 , расположенных перпендикулярно поверхности пластины, т.к.
энергия образования этих дислокаций минимальна. При этом дислокации практически
беспрепятственно прорастают на рабочую поверхность, приводя ее в негодность для фор-
мирования активных элементов полупроводниковых приборов.
Ориентация сторон элементов рисунка в покрытии 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 ори-
ентации стороны элемента. Генерация дислокаций именно в этих плоскостях в данном
случае энергетически наиболее выгодна и обусловлена тем, что возникающие от механи-
ческих напряжений на границе элемента изгибающие моменты перпендикулярны границе
этого элемента.
Совокупность плоскостей {111} скольжения дислокаций, формируемых единичным
первичным элементом рисунка в покрытии, образует правильный тетраэдр с основанием,
совпадающим с этим элементом, а совокупность плоскостей скольжения {110} образует
тетраэдр с тем же основанием, но меньшей высоты. Пересечение рассматриваемых плос-

5. BY 6342 U 2010.06.30
5
костей скольжения приводит к блокированию дислокаций, скользящих в пересекающихся
плоскостях с образованием дислокационных полупетель, закрепленных концами на об-
ратной стороне пластины. Фактически образуется новый элемент структуры - тетраэдри-
ческий дефект упаковки, который, в зависимости от локальной плотности дислокаций,
может быть полным или частичным. Эффективность поглощения неконтролируемых
примесей дефектами упаковки значительно выше, чем дислокациями. Совокупность всех
первичных элементов рисунка покрытия приводит к образованию дислокационной сетки,
состоящей из множества одинаковых "двойных тетраэдров".
Любой элемент рисунка покрытия, выбранный в качестве центрального, окружен тре-
мя боковыми соседними элементами, которые находятся по отношению к нему в двойни-
ковой ориентации. 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 2]11[ , ]121[ и ]11[2 плоскости скольжения {111} и {110} пересекают-
ся с образованием тетраэдров внутри объема пластины. При ориентации углов элементов
в направлениях ]2[11 , 1]2[1 и 11]2[ расположение плоскостей скольжения {111} и {110}
таково, что они пересекаются с образованием тетраэдров вне объема пластины. Совокуп-
ность плоскостей скольжения, формируемых тремя соседними по отношению к централь-
ному (при ориентации его углов в направлениях 2]11[ , ]121[ и ]11[2 ) элементами,
приводит к образованию в объеме пластины дополнительного тетраэдрического купола
над тетраэдром плоскостей скольжения, образованным центральным элементом. При этом
пересечение плоскостей скольжения {111} и {110}, образованных центральным и боко-
выми элементами, происходит на высоте, меньшей высоты пересечения таких же плоско-
стей скольжения, но образованных только боковыми элементами. Этот факт, а также то,
что боковые элементы не связаны между собой, приводит к тому, что упомянутый купол
образуется неполным, а глубина проникновения дислокаций вглубь пластины от боковых
элементов при этом не превышает глубины проникновения дислокаций от центрального
элемента.
Разделение первичных элементов пленки нитрида кремния на элементы меньших разме-
ров вписыванием в них окон (или окон и островков) при сохранении формы и ориентации
сторон вновь образованных элементов приводит к увеличению плотности формируемой
дислокационной сетки и, соответственно, к повышению эффективности поглощения не-
контролируемых примесей. При этом образуется своеобразная фрактальная структура как
непосредственно самого покрытия, так и генерируемой им дислокационной сетки. Такие
структуры очень устойчивы и склонны к самоформированию, что значительно повышает
их эффективность.
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 ориентации его углов в направлениях 2]11[ , ]121[ и ]11[2 ). При первом
разделении первичных элементов пленки нитрида кремния на элементы меньшего размера
путем вписывания в них окон в объеме кремниевой пластины формируется новый уровень
сетки дислокаций, представляющий собой также "тетраэдры", но площадь их основания
уже в 41
раза меньше. При этом элементы рисунка покрытия, представляющие собой окна
треугольной формы, также являются основаниями тетраэдров плоскостей скольжения.
При разделении этих вновь образованных элементов рисунка заявляемого покрытия на
элементы еще меньших размеров (островки покрытия разделяются окнами, а окна покры-
тия разделяются островками) образуется 42
элементов, площадь основания 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

6. BY 6342 U 2010.06.30
6
одной и той же высоте и лежат в плоскости (111), которая также является плоскостью
скольжения, что приводит к образованию нового элемента дислокационной структуры -
октаэдра. Его можно рассматривать так же, как фигуру, образованную в результате пере-
сечения двух тетраэдров. Основание первого тетраэдра совпадает с первичным элементом
в пленке нитрида кремния. Основание второго тетраэдра лежит на высоте, равной полови-
не высоты первого тетраэдра, находится в двойниковой ориентации по отношению к ос-
нованию первого тетраэдра, а его вершина обращена в сторону нерабочей поверхности
пластины. Грани этого "второго тетраэдра" частично образованы гранями тетраэдров, осно-
вания которых совпадают с вновь образованными (т.е. образованными в результате впи-
сывания нового элемента) элементами рисунка в покрытии. Очевидно, что образование
"второго тетраэдра" и октаэдра происходит за счет явления самоформирования. Анало-
гично происходит формирование дислокационной структуры в плоскостях {110}. Верши-
ны "тетраэдров", образованные плоскостями скольжения {110}, находятся на одинаковой
высоте и лежат в плоскости (111). Это приводит к самоформированию вторичных "тетра-
эдров", находящихся в двойниковой ориентации по отношению к первичным и обращен-
ных вершиной в сторону нерабочей поверхности пластины. Пересечение совокупностей
"тетраэдров", образованных плоскостями скольжения {111} и {110}, обеспечивает полу-
чение устойчивой взаимосвязанной структуры, состоящей из дислокаций и дефектов упа-
ковки и управляемой параметрами рисунка покрытия.
Дальнейшее разделение элементов рисунка в покрытии приводит к образованию сле-
дующего уровня дислокационной сетки. Закономерности его образования аналогичны
описанным выше. Этот уровень встраивается в предшествующий, образованный более
крупными элементами, поскольку имеет общие с ним плоскости скольжения, но характе-
ризуется большей плотностью дислокаций и расположен на меньшей глубине. Количество
таких уровней подбирается опытным путем с учетом требуемой эффективности поглоще-
ния неконтролируемых примесей. Иначе, от качества исходного материала, чистоты при-
меняемых реактивов, длительности и сложности технологического цикла изготовления
активной структуры и т.п.
Заявляемое техническое решение предполагает последовательное вписывание как од-
нотипных (только окна), так и разнотипных (окна и островки) элементов. Внешний вид
формируемой структуры в обоих случаях несколько отличается (см. ниже), однако, как
показали экспериментальные исследования, различия в их эффективности для решения
поставленной задачи не замечено.
Естественно, что элементы покрытия меньшего размера приводят к возникновению
механических напряжений, величина которых уменьшается пропорционально размеру
этих элементов. Кроме того, пересечение плоскостей скольжения дислокаций, генерируе-
мых различными элементами различного уровня, приводит к их взаимному блокированию
и образованию дислокационных полупетель. Поэтому разделение первичных элементов
рисунка на более мелкие не приводит к прорастанию дислокационной структуры на рабо-
чую поверхность. Каждой совокупности элементов рисунка одинакового размера соответ-
ствует дислокационная сетка, проникающая на некоторую глубину, зависящую от
размеров этих элементов. С уменьшением размеров, обусловленным последовательным
вписыванием 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
формирование результирующей дислокационной сетки, представляющей собой множест-
во сеток, соответствующих этим элементам и встроенных друг в друга в определенном
порядке. В результате в объеме пластины формируется устойчивая сетка дислокаций,
плотность которой возрастает при приближении к обратной стороне пластины.
Экспериментально установлено, что практически все дислокации блокируются на глу-
бине a, соответствующей пересечению плоскостей скольжения {111} дислокаций, генери-

7. BY 6342 U 2010.06.30
7
руемых первичным элементом покрытия с длиной стороны d, т.е. равной высоте тетраэд-
ра, которая составляет:
a = d×sin (90°-35°16') ≈ 0,82d.
Эта глубина не должна превышать толщину пластины t. Отсюда следует, что длина
стороны d элемента покрытия не должна превышать t/0,82 ≈ 1,2t. С учетом глубины ак-
тивной структуры и допусков на разброс толщины пластины это требование ужесточается
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 по-
крытия при этом не зависит от минимального размера элементов.
Расстояние l между первичными элементами рисунка нитрида кремния определяется
размерами зоны упругого влияния, возникающей в результате взаимодействия пленки
нитрида кремния с подложкой. Максимальные механические напряжения вносятся в
структуру элементами максимального размера. Поэтому первичные элементы рисунка яв-
ляются, с одной стороны, инициирующими процесс дефектообразования, а с другой - ог-
раничивающими прорастание дислокаций на рабочую сторону. Если расстояние l между
первичными элементами составляет величину менее 10 мкм, например 5 мкм, механиче-
ские напряжения, индуцируемые этими элементами, активно взаимодействуют друг с
другом с образованием сплошного поля напряжений. Величина градиента этого поля на
границе раздела элементов, инициирующая генерацию дислокаций, оказывается слишком
маленькой для того, чтобы дислокации проникли в пластину на глубину, достаточную для
образования дислокационных полупетель. В результате дислокации генерируются не
только по краю элемента, но и внутри него. Дислокационная структура оказывается не-
управляемой.
Увеличение расстояния l между первичными элементами до значения свыше 100 мкм,
например 200 мкм, приводит к невозможности взаимодействия полей напряжений, вноси-
мых соседними элементами рисунка в покрытии. В результате дислокационная структура
формируется по островковому принципу внутри разделенных между собой тетраэдров.
Процессы самоформирования обрываются на границе этих тетраэдров, единая устойчивая
структура не образуется.
Толщина пленки нитрида кремния менее 0,1 мкм, например 0,05 мкм, не обеспечивает
достаточно высокого уровня механических напряжений, необходимых для формирования
дислокационной структуры. Дислокационная сетка получается неплотной, процессы са-
моформирования практически отсутствуют, поэтому эффективность этой структуры очень
мала. Толщина пленки нитрида кремния более 0,4 мкм, например 0,6 мкм, приводит к ге-
нерации дислокаций не только по краю, но и внутри элементов. Внутри элементов они об-
разуются преимущественно в плоскостях 0)1(1 , )1(10 и )1(01 , перпендикулярных
поверхности пластины, что является неприемлемым.

8. BY 6342 U 2010.06.30
8
Заявляемое техническое решение поясняется фиг. 1 - фиг. 7.
На фиг. 1 приведено схематическое изображение рисунка в покрытии, состоящее из
первичных элементов в виде островков нитрида кремния с длиной стороны d и расстояни-
ем между ними l. На фиг. 2 приведено изображение рисунка в покрытии, состоящее из
первичных элементов, разделенных на элементы меньшего размера путем вписывания в
них окон. На фиг. 3 приведены варианты получаемого рисунка в покрытии после следую-
щих этапов разделения элементов. В разных рядах элементов приведены изображения,
получаемые последовательным вписыванием элементов только одного типа (только окна,
ряды 1 и 2) и разного типа (окна и островки, ряды 3 и 4). На фиг. 4 приведено схематиче-
ское изображение элемента дислокационной структуры, образованной плоскостями сколь-
жения {111} дислокаций, генерируемых первичным элементом рисунка. Для наглядности
этот элемент приведен в координатах XYZ и вписан в куб, представляющий собой множе-
ство элементарных ячеек кристаллической решетки кремния, а соответствующие ему
плоскости скольжения выделены заливкой. Элементы дислокационной структуры, обра-
зованные плоскостями скольжения {110}, по своей форме аналогичны элементам, образо-
ванным плоскостями {111}, но имеют меньшую высоту и находятся внутри последних. Во
избежание загромождения рисунка здесь и на последующих фиг. 5 и фиг. 6 они не показа-
ны. На фиг. 5 приведено изображение элементов дислокационной структуры, образован-
ных плоскостями скольжения {111} вблизи поверхности пластины, после разделения
первичного элемента на элементы меньшего размера. Эти тетраэдры находятся внутри
тетраэдра, изображенного на фиг. 4. На фиг. 6 приведено изображение элементов дисло-
кационной структуры, образованных плоскостями скольжения {111}, после второго раз-
деления первичного элемента на элементы меньшего размера. Эти тетраэдры находятся
внутри тетраэдров, изображенных на фиг. 5. На фиг. 7 схематически изображена дислока-
ционная структура в кремнии, сформированная в результате релаксации механических
напряжений, внесенных заявляемым покрытием с рисунком, приведенным на фиг. 2, и со-
ответствующая виду АА*. Сплошными линиями изображены плоскости скольжения дис-
локаций, соответствующие первичным элементам рисунка покрытия. Штрихпунктирными
линиями изображены плоскости скольжения, соответствующие элементам, полученным в
результате разделения первичных элементов на элементы меньшего размера. Плоскости
скольжения, соответствующие элементам второго плана, изображены линиями, состоя-
щими из точек. Плоскости скольжения, соответствующие процессам самоформирования
дислокационной структуры, изображены пунктирными линиями. Из фиг. 7 видно, что тет-
раэдры, образованные плоскостями {110} от первичных элементов, пересекают тетраэд-
ры, образованные плоскостями {111} от вторичных элементов и т.д. За счет этого
происходит своеобразная сшивка всей дислокационной сетки, обеспечивающая повыше-
ние ее устойчивости.
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.
Заявляемое покрытие действует следующим образом. Наличие регулярно располо-
женных островков нитрида приводит к появлению в покрытии знакопеременного поля
механических напряжений. Величина и знак механических напряжений при этом зависят
от вида элемента покрытия и его размера. Направление действия напряжений при этом
определяется кристаллографической ориентацией сторон элементов покрытия. Наличие
такого поля напряжений приводит к генерации в кремниевой пластине сетки дислокаций,
плоскости скольжения которых расположены в соответствии с расположением элементов
покрытия и образуют устойчивую структуру внутри пластины. Наличие слоя диоксида
кремния предупреждает образование дислокаций в центральной части элементов нитрида
кремния.

9. BY 6342 U 2010.06.30
9
Распределение концентрации неконтролируемых примесей по объему пластины опре-
деляется их растворимостью в различных областях этой пластины. При этом раствори-
мость неконтролируемых примесей в значительной мере определяется возможностью
образования химической связи с материалом пластины. С увеличением количества нена-
сыщенных (оборванных) химических связей вероятность образования связи между загряз-
няющей примесью и кремнием возрастает, т.к. уменьшается энергия активации их
взаимодействия. При отсутствии сетки дислокаций наибольшим количеством оборванных
химических связей в кремнии располагает приповерхностная область пластины, в которой
формируется активная структура полупроводникового прибора. Наличие дислокационной
сетки с высокой плотностью ненасыщенных химических связей приводит к значительно-
му увеличению растворимости неконтролируемых примесей в объеме пластины, где их
влияние на характеристики изготавливаемых приборов практически исключено. В про-
цессе термообработки при формировании активной структуры полупроводникового при-
бора неконтролируемые примеси приобретают высокую подвижность и свободно
перемещаются по всему объему пластины. При охлаждении структур концентрация не-
контролируемых примесей перераспределяется в соответствии с существующей в объеме
пластины плотностью ненасыщенных химических связей. Поскольку плотность таких свя-
зей в области сформированной дислокационной сетки на несколько порядков превышает
их плотность в приповерхностной области, неконтролируемые примеси практически пол-
ностью концентрируются в объеме пластины, а ее рабочая поверхность остается чистой.
Отсутствие неконтролируемых примесей вблизи рабочей поверхности заявляемой пласти-
ны обеспечивает и отсутствие их преципитации, т.е. дефекты на рабочей поверхности не
образуются. Характеристики изготавливаемых приборов при этом заметно улучшаются.
Таким образом, функциональные возможности заявляемого покрытия расширяются за
счет его активного воздействия на структуру полупроводникового материала, что обеспе-
чивает поглощение всех неконтролируемых примесей в формируемых полупроводнико-
вых приборах.
Испытания функциональных возможностей заявляемого покрытия проводили сле-
дующим 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. Заявляемое покрытие получали путем по-
следовательного формирования слоя диоксида кремния химической обработкой пластин в
кислоте Каро, нанесения пленки нитрида кремния и вскрытия в ней окон. Пленку нитрида
кремния требуемой толщины формировали за счет реакции между дихлорсиланом и ам-
миаком на установке "Изотрон-4-150". Рисунок в пленке нитрида кремния формировали
методами стандартной фотолитографии и плазмохимического травления. Характеристики
полученной структуры приведены в таблице.
После формирования на обратной стороне пластин заявляемого покрытия на их рабо-
чей стороне изготавливали тестовые p-n-переходы. Для оценки функциональных возмож-
ностей заявляемого покрытия измеряли напряжение пробоя p-n-переходов U1 и
напряжение U2, при котором обратный ток через переход достигал 1 нА. После измерения
характеристик полученных тестовых элементов с пластин удаляли все слои и травили в
травителе Сиртла для выявления кристаллографических дефектов на рабочей стороне.
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 напряжение пробоя тестовых структур и напряжение, при котором ток утечки дос-
тигает 1 нА, возрастают. Их рост сопровождается значительным уменьшением плотности

10. BY 6342 U 2010.06.30
10
микродефектов на рабочей поверхности пластины. Ориентация сторон элементов рисунка
в направлениях типа <112> приводит к значительному повышению плотности дислокаций
на рабочей стороне пластин и резкому ухудшению электрических характеристик тестовых
структур. Использование запредельных значений заявляемых параметров не позволяет в
полной мере решить поставленную задачу.
Влияние конструктивных особенностей заявляемого покрытия
на характеристики тестовых структур
Плотность дефектов на
рабочей стороне пласти-
ны, см-2№
п/
п
Толщина
пленки
нитрида
кремния,
мкм
Размер
первич-
ного
элемен-
та, мкм
Расстоя-
ние между
первич-
ными эле-
ментами,
мкм
Количе-
ство
уровней
вписан-
ных эле-
ментов
Ориен-
тация
сторон
эле-
ментов
U1, B U2, B
дисло-
каций
дефек-
тов упа-
ковки
микро-
дефек-
тов
Примечание
1 0,05 250 50 2 <110> 39,2 36,1 3×103
- 5×103
2 0,1 48,5 47,6 5×101
- 6×100
3 0,3 50,3 47,8 1×102
- 3×101
4 0,4
250 50 2 <110>
48,8 47,3 3×102
- 1×101
5 0,6 250 50 2 <110> 39,5 35,6 9×103
5×101
2×101
6 0,3 50 50 2 <110> 41,2 38,4 7×103
5×101
2×101
7 135 51,2 48,9 2×101
- 1×101
8 250 50,2 48,1 5×102
- 3×101
9
0,3
450
50 2 <110>
48,2 47,2 4×102
- 5×101
10 0,3 600 50 2 <110> 40,9 29,5 2×103
1×101
1×101
11 0,3 250 5 2 <110> 42,6 33,9 5×103
1×102
2×101
12 10 49,6 47,3 7×101
- 5×101
13 50 51,3 48,9 2×102
- 6×101
14
0,3 250
100
2 <110>
49,9 48,3 8×101
- 7×101
15 0,3 250 200 2 <110> 44,5 39,5 2×102
- 1×103
16 - 49,9 48,2 2×101
- 2×101
Фиг. 1
17 1 48,5 48,0 4×102
- 1×101
Фиг. 2
18
2 49,5 46,7 1×102
- 4×101 Фиг. 3,
строка 1
19
3 49,6 47,2 3×101
- 3×101 Фиг. 3,
строка 2
20
0,3 250 50
2
<110>
48,7 47,8 5×102
- 2×101 Фиг. 3,
строка 3
21 0,3 250 50 2 <112> 17,2 7,4 7×106
4×103
-
22 Прототип 38,5 15,6 5×103
1×102
5×105
Таким образом, заявляемое техническое решение позволяет по сравнению с прототи-
пом расширить функциональные возможности покрытия по защите активных элементов
от неконтролируемых примесей.

11. BY 6342 U 2010.06.30
11
Фиг. 1 Фиг. 3
Фиг. 4 Фиг. 5
Фиг. 6

12. BY 6342 U 2010.06.30
12
Фиг. 7
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.