Технология полупроводникового кремния - Фалькевич Э.С.
ISBN 5-229-00740-0
Скачать (прямая ссылка):
Несмотря на многочисленные экспериментальные данные, физическая природа всех типов микродефектов до последнего времени оставалась полностью невыясненной и в связи с этим отсутствовала единая модель зарождения и образования различных типов микродефектов при выращивании монокристаллов кремния. Наиболее близкой к большинству экспериментальных результатов является модель, развитая в работе [70], в основу которой положен принцип рекомбинации и диффузии собственных точечных дефектов (вакансий и межузельных атомов) в процессе роста кристалла. Однако отсутствие в то время данных о физической природе всех типов микродефектов не позволило автору учесть влияние примесей на процессы образования микродефектов, которое наблюдалось экспериментально в ряде работ [71, 72].
Новые экспериментальные данные, полученные с помощью высокоразрешающих физических методов [64, 68, 73], позволяют создать более полную модель процессов образования микродефектов в зависимости от условий роста монокристаллов с учетом влияния примесей. С помощью электронно-микроскопического метода установлено [74, 75], что микродефекты Л-типа являются дислокационными петлями внедренного типа, образующимися из избыточных межузельных атомов кремния. Эти результаты подтверждены данными работы [68], где показано, что микродефекты Л-типа - это дислокационные петли внедренного типа, как правило, сильно декорированные атомами остаточных примесей, размерами 1-3 мкм (рис. 55, о). С уменьшением скорости
123
¦
Продолжение рис. 56
роста их размеры возрастают до 10-20 мкм; 4-микродефекты могут генерировать дислокации (рис. 56) [65]. В работе [68] впервые показано, что микродефекты В-типа также являются дефектами внедрения с размерами 15-45 нм и концентрацией ~ IO10 см"3. Они представляют собой ромбовидные и квадратные скопления точечных дефектов со сторонами по направлениям [110] и [100], залегающие в основном по плоскостям типа [100] (рис. 55, б), и скорее всего являются преципитатами (выделениями), состоящими из собственных межузельных атомов кремния и атомов примесей кислорода и углерода.
124
Рис. 57. Электронно-микроскопическая структура кристаллической решетки монокристалла кремния с микродефектами D-типа
Методами просвечивающей электронной микроскопии была детально исследована и физическая природа микродефектов Д-типа [64, 68, 73]. Установлено, что эти микродефекты являются также дефектами внедренного типа; их концентрация составляет IO13 см-3, размер 50-60 нм (рис. 55, в). При помощи еще более высокоразрешающего метода электронной микроскопии (метода прямого разрешения кристаллической решетки) обнаружены два вида изображений Д-микродефектов: скопления атомов с относительно регулярной структурой (рис. 57, а) и почти аморфной структурой (рис. 57, б). Такие картины могут давать микропреципитаты, образующиеся в результате взаимодействия вакансий и атомов остаточного кислорода, с образованием кристаллической и аморфной фаз типа SiO2 [67].
Таким образом, все типы микродефектов, образующиеся в процессе выращивания бездислокационных монокристаллов кремния, являются дефектами межузельного типа. На основании этих данных Э.Г. Шейхе-том предложена усовершенствованная модель, которая учитывает как процессы рекомбинации точечных дефектов, так и взаимодействие примесей с определенным типом избыточных точечных дефектов. При высоких скоростях роста образование микродефектов связано с процессами взаимодействия избыточных вакансий и межузельных атомов кислорода, при низких скоростях - с процессами взаимодействия избыточных собственных межузельных атомов кремния и атомов кислорода и углерода. Рост образовавшихся комплексов будет приводить к эмиссии собственных межузельных атомов кремния в матрицу и в результате становится возможным образование межузельных дислокационных петель - микродефектов Л-типа. Это значит, что в принципе можно получить высокосовершенные (бездефектные) монокристаллы кремния путем использования экстремально чистого исходного сырья и подавления процессов взаимодействия избыточных и точечных
125
дефектов с атомами остаточных примесей за счет выбора оптимальных технологических параметров при выращивании монокристаллов.
Иногда считают, что причина образования точечных дефектов (и микродефектов) связана с наличием в кристалле внутренних напряжений. В действительности же внутренние напряжения возникают как результат неравновесного содержания микродефектов в различных участках кристалла. Так, при" неравномерном (быстром) охлаждении кристалла дефекты не успевают перераспределиться в соответствии с новыми температурными условиями, в результате возникают участки сжатия и расширения.
Концентрация примесей
Кроме определения электрофизических параметров кремния, в большинстве случаев необходимо знать дополнительно содержание в , нем отдельных примесей (кислорода, углерода, бора, фосфора). В ; последнее время в связи с созданием сверхбольших интегральных схем, появились ограничения по содержанию в кремнии ряда металлов, , (железа, никеля, вольфрама и др.). Рассмотрим наиболее распростра-, ненные методы определения содержания указанных примесей в крем-. НИИ.
