mateltechИзвестия высших учебных заведений. Материалы электронной техникиIzvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering1609-35772413-6387MISIS10.17073/1609-3577-2014-2-143-147mateltech-135Research ArticleФизические свойства и методы исследованияPHYSICAL CHARACTERISTICS AND THEIR STUDYСТРУКТУРА И ЭЛЕКТРОННЫЕ СВОЙСТВА ДЕФЕКТОВ НА ГРАНИЦЕ СОЕДИНЕННЫХ ПЛАСТИН КРЕМНИЯStructures and Electronic Properties of Defects on the Borders of Silicon Bonded WafersТерещенкоА. Н.TereshchenkoA. N.

кандидат физ.−мат. наук, научный сотрудник 

Cand. Sci. (Phys.–Math.), Researcher

tan@issp.ac.ruШтейнманЭ. А.ShteinmanE. A.

доктор физ.−мат. наук, ведущий научный сотрудник 

Dr. Sci. (Phys.–Math.), Leading Researcher  

steinman@issp.ac.ruМазилкинА. А.MazilkinA. A.

кандидат физ.−мат. наук, старший научный сотрудник 

Cand. Sci. (Phys.–Math.), Senior Researcher 

mazilkin@issp.ac.ruХорошеваМ. А.KhoroshevaM. A.

младший научный сотрудник 

Junior Researcher 

khor@issp.ac.ruКонончукО.KononchukO.oleg.kononchuk@soitec.frИнститут физики твердого тела РАН, ул. Акад. Осипьяна, д. 2, Черноголовка, Московская обл., 142432, РоссияРоссияInstitute of Solid State Physics RAS, 2 Academician Ossipyan Str., Chernogolovka, Moscow Region 142432, RussiaRussian FederationSOITEC, Parc Technologique des Fontaines, Bernin, 38190, FranceРоссияSOITEC, Parc Technologique des Fontaines, Bernin, 38190, FranceRussian Federation20142506201502143147Copyright © Терещенко А.Н., Штейнман Э.А., Мазилкин А.А., Хорошева М.А., Конончук О., 20152015Терещенко А.Н., Штейнман Э.А., Мазилкин А.А., Хорошева М.А., Конончук О.Tereshchenko A.N., Shteinman E.A., Mazilkin A.A., Khorosheva M.A., Kononchuk O.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://met.misis.ru/jour/article/view/135

Методами просвечивающей электрон- ной микроскопии, нестационарной спектроскопии глубоких уровней и фотолюминесценции проведено ком- плексное исследование структуры и электронных свойств дефектов, воз- никающих на границе соединения разориентированных пластин Si(001) n−типа проводимости. Установлено, что основными выявленными де- фектами являются дислокационные структуры двух видов: ортогональная сетка дислокаций, состоящая из двух семейств винтовых дислокаций, и зигзагообразные смешанные дис- локации. Выявлено, что наблюдаемые дислокационные структуры являются источником интенсивной люминес- ценции, спектр которой значительно отличается от стандартного спектра дислокационной люминесценции при всех исследуемых углах поворотной разориентации пластин Si. Показано, что при увеличении угла разориен- тации происходит сильная транс- формация спектров дислокационной люминесценции, которая заключается в изменении формы спектров и умень- шении интегральной интенсивности люминесценции. Методом нестацио- нарной спектроскопии глубоких уров- ней в исследуемых образцах выявлено наличие глубоких центров, концентра- ция которых возрастает с увеличением угла разориентации пластин. Уста- новлено, что обнаруженные глубокие центры связаны с наблюдаемыми методом просвечивающей электрон- ной микроскопии дислокационными структурами. 

Comprehensive studies of the structure and electronic properties of defects occurring on the connection boundary of disarranged n−type Si(001) wafers have been made by the methods of transmission electron microscopy, deep level transient spectroscopy (DLTS) and photoluminescence. The main revealed defects are two types of dislocation structure: orthogonal dislocation network composed of two screw dislocation families and zigzag mixed dislocations. The dislocation structures observed are sources of intense luminescence whose spectra are appreciably different from the standard dislocation luminescence spectra at all the investigated misfit angles of the Si bonded wafers. We show that an increase of the misfit angle results in a strong transformation of the dislocation luminescence spectra consisting in changes of the form of the spectra and a decrease in the integral luminescence intensity. In the samples in question the DLTS method revealed the presence of deep centers the concentration of which increased with increasing of twist misorientation of bonded wafers. It has been established that the deep centers are related to the dislocation structures observed by means of transmission electron microscopy. 

соединенные пластины кремнияпросвечивающая электронная микроскопияфотолюминесценциярекомбинациядефектынестационарная спектроскопия глубоких уровнейдислокационная сетка.silicon wafer bondingtransmission electron microscopyphotoluminescencerecombinationdefectsdeep level transient spectroscopydislocation networkReferencesKveder, V. Silicon light emitting diodes based on dislocation luminescemce/ V. Kveder, M. Badylevich, E. Steinman, A. Izotov, M. Seibt, W. Schröter // Appl. Phys. Lett. − 2004. − V. 84, iss 12. − P. 2106—2108.Kveder, V. Silicon light emitting diodes based on dislocation luminescemce/ V. Kveder, M. Badylevich, E. Steinman, A. Izotov, M. Seibt, W. Schröter // Appl. Phys. Lett. − 2004. − V. 84, iss 12. − P. 2106—2108.Vdovin, V. Mechanisms of dislocation network formation in Si(001) hydrophilic bonded wafers / V. Vdovin, O. Vyvenko, E. Ubyivovk, O. Kononchuk // Solid State Phenomena. − 2011. − V. 178−179. − P. 253—258.Vdovin, V. Mechanisms of dislocation network formation in Si(001) hydrophilic bonded wafers / V. Vdovin, O. Vyvenko, E. Ubyivovk, O. Kononchuk // Solid State Phenomena. − 2011. − V. 178−179. − P. 253—258.Wilhelm, T. Regular dislocation networks in silicon. Part I: Structure / T. Wilhelm, T. Mchedlidze, X. Yu, T. Arguirov, M. Kittler, M. Reiche // Solid State Phenomena. − 2008. − V. 131−133. − P. 571—578. DOI: 10.4028/www.scientific.net/SSP.131−133.571Wilhelm, T. Regular dislocation networks in silicon. Part I: Structure / T. Wilhelm, T. Mchedlidze, X. Yu, T. Arguirov, M. Kittler, M. Reiche // Solid State Phenomena. − 2008. − V. 131−133. − P. 571—578. DOI: 10.4028/www.scientific.net/SSP.131−133.571Rouviere, J. L. Huge differences between low− and high− angle twist grain boundaries: The case of ultrathin (001) Si films bonded to (001) Si wafers / J. L. Rouviere, K. Rousseau, F. Fournel, H. Moriceau // Appl. Phys. Lett. − 2000. − V. 77, iss. 8. − P. 1135—1137. DOI: 10.1063/1.1289656Rouviere, J. L. Huge differences between low− and high− angle twist grain boundaries: The case of ultrathin (001) Si films bonded to (001) Si wafers / J. L. Rouviere, K. Rousseau, F. Fournel, H. Moriceau // Appl. Phys. Lett. − 2000. − V. 77, iss. 8. − P. 1135—1137. DOI: 10.1063/1.1289656Reiche,M.Dislocationnetworksformedbysiliconwaferdirectbonding/M.Reiche//MaterialsScienceForum.−2008.−V. 590. − P. 57—78. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.590.57Reiche,M.Dislocationnetworksformedbysiliconwaferdirectbonding/M.Reiche//MaterialsScienceForum.−2008.−V. 590. − P. 57—78. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.590.57Mchedlidze, T. Regular dislocation networks in Si. Part II: Luminescence/T.Mchedlidze,T.Wilhelm,X.Yu,T.Arguirov,G. Jia, M.Reiche,M.Kittler//SolidStatePhenomena.−2008.−V. 131−133. − P. 503—510. DOI: 10.4028/www.scientific.net/SSP.131−133.503Mchedlidze, T. Regular dislocation networks in Si. Part II: Luminescence/T.Mchedlidze,T.Wilhelm,X.Yu,T.Arguirov,G. Jia, M.Reiche,M.Kittler//SolidStatePhenomena.−2008.−V. 131−133. − P. 503—510. DOI: 10.4028/www.scientific.net/SSP.131−133.503Steinman, E. Modification of dislocation PL centres due to misfit of bonded Si wafers / E. Steinman, A. Tereshchenko, O. Kononchuk, V. Vdovin // Physica Status Solidi C. − 2013. − V. 10, N 1. − P. 16—19Steinman, E. Modification of dislocation PL centres due to misfit of bonded Si wafers / E. Steinman, A. Tereshchenko, O. Kononchuk, V. Vdovin // Physica Status Solidi C. − 2013. − V. 10, N 1. − P. 16—19Steinman, E. A. Dependence of luminescence properties of bonded Si wafers on surface orientation and twist angle / E. A. Steinman, O. Kononchuk, A. N. Tereshchenko, A. A. Mazilkin // Solid State Phenomena. − 2010. − V. 156−158. − P. 555—560.Steinman, E. A. Dependence of luminescence properties of bonded Si wafers on surface orientation and twist angle / E. A. Steinman, O. Kononchuk, A. N. Tereshchenko, A. A. Mazilkin // Solid State Phenomena. − 2010. − V. 156−158. − P. 555—560.Bondarenko, A. Dislocation structure, electrical and luminescent properties of hydrophilically bonded silicon wafer interface / A. Bondarenko, O. Vyvenko, I. Kolevatov, I. Isakov, O. Kononchuk // Solid State Phenomena. − 2011. − V. 178−179. − P. 233—242.Bondarenko, A. Dislocation structure, electrical and luminescent properties of hydrophilically bonded silicon wafer interface / A. Bondarenko, O. Vyvenko, I. Kolevatov, I. Isakov, O. Kononchuk // Solid State Phenomena. − 2011. − V. 178−179. − P. 233—242.Wagener, M. C. Electrical uniformity of direct silicon bonded wafer interfaces / M. C. Wagener, R. H. Zhang, W. Zhao, M. Seacrist, M. Ries, G. A. Rozgonyi // Solid State Phenomena. − 2008. − V. 131−133. − P. 321—326. DOI: 10.4028/www.scientific.net/SSP.131−133.321Wagener, M. C. Electrical uniformity of direct silicon bonded wafer interfaces / M. C. Wagener, R. H. Zhang, W. Zhao, M. Seacrist, M. Ries, G. A. Rozgonyi // Solid State Phenomena. − 2008. − V. 131−133. − P. 321—326. DOI: 10.4028/www.scientific.net/SSP.131−133.321Dozsa, L. Point defects generated by direct−wafer bonding of silicon / L. Dozsa, B. Szentpali, D. Pasquariello, K. Hjort // J. Electronic Materials. − 2002. − V. 31, N 2. − P. 113—118.Dozsa, L. Point defects generated by direct−wafer bonding of silicon / L. Dozsa, B. Szentpali, D. Pasquariello, K. Hjort // J. Electronic Materials. − 2002. − V. 31, N 2. − P. 113—118.Cavalcoli, D. Defect states in plastically deformed n−type silicon / D. Cavalcoli, A. Cavallini, E. Gombia // Phys. Rev. B. − 1997. − V. 56, N 16. − P. 10208—10214.Cavalcoli, D. Defect states in plastically deformed n−type silicon / D. Cavalcoli, A. Cavallini, E. Gombia // Phys. Rev. B. − 1997. − V. 56, N 16. − P. 10208—10214.Kveder,V.DislocationsinsiliconandD−bandluminescence for infrared light emitters / V. Kveder, M. Kittler // Materials Science Forum. − 2008. − V. 590. − P. 29—56.Kveder,V.DislocationsinsiliconandD−bandluminescence for infrared light emitters / V. Kveder, M. Kittler // Materials Science Forum. − 2008. − V. 590. − P. 29—56.Kveder, V. Influence of the dislocation travel distance on the DLTS spectra of dislocations in Cz−Si / V. Kveder, V. Orlov, M. Khorosheva, M. Seibt // Solid State Phenomena. − 2008. − V. 131− 133. − P. 175—181.Kveder, V. Influence of the dislocation travel distance on the DLTS spectra of dislocations in Cz−Si / V. Kveder, V. Orlov, M. Khorosheva, M. Seibt // Solid State Phenomena. − 2008. − V. 131− 133. − P. 175—181.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.