Геттеры в кремнии


https://doi.org/10.17073/1609-3577-2018-1-5-17

Полный текст:


Аннотация

Рассмотрены процессы геттерирования быстро диффундирующих металлических примесей и дефектов структуры в кремнии, преимущественно используемые в производстве интегральных схем, силовых высоковольтных приборов, ядерно-легированного кремния. Проанализированы геттеры на основе структурных дефектов и газофазные геттеры на основе хлорсодержащих соединений. Отмечено, что для формирования геттеров на основе дефектов структуры требуется создать внутренние источники генерации дислокаций и образования преципитат-дислокационных скоплений. Показано, что дислокации генерируются в устьях микротрещин, которые затем образуют малоподвижную дислокационную сетку на нерабочей стороне пластин. Во втором случае дефекты создаются в области пластины, примыкающей к активному слою электронного компонента. В основе процесса создания внутреннего геттера лежит распад пересыщенного твердого раствора кислорода в кремнии, за счет которого в кристалле формируется сложная дефектная среда состоящая из различного рода преципитат-дислокационных скоплений. Образуются также дефекты упаковки — оксидный преципитат с облаком дислокационных петель Франка. Рассмотрены два варианта создания внутреннего геттера: первый связан с отгонкой примеси кислорода из приповерхностной области пластины, второй — с тонкой регулировкой распределения вакансий по толщине пластины. Проведен анализ влияния геттера как дефектной структуры на снижение механических напряжений начала генерации дислокаций, что в итоге может определять механическую прочность пластин кремния.

Рассмотрен также механизм геттерирования примесей и дефектов газофазной средой с добавками хлор-содержащих соединений. Показано, что при повышенных температурах за счет взаимодействия атомов кремния с хлором в приповерхностной области пластины возможно образование вакансий, которые с некоторой вероятностью проникают в объем образца. В результате реализуется случай
ΔСv > 0 и ΔCi ≤ 0, что приводит к изменению состава микродефектов и их плотности. Даны примеры практического применения термообработки в хлорсодержащей атмосфере пластин кремния при нанесении оксидной пленки, в случае целевой необходимости растворения микродефектов и вывода быстро диффундирующих примесей из объема кристалла, а также для предотвращения образования генерационно-рекомбинационных центров в процессе изготовления приборов и при ядерном легировании кремния.


Об авторе

В. А. Харченко
Вычислительный центр им. А. А. Дородницына Федерального исследовательского центра«Информатика и управление» РАН,
Россия
Харченко Вячеслав Александрович — доктор технических наук, ведущий научный сотрудник


Список литературы

1. Пилипенко В. А., Горушко В. А., Петлицкий А. Н., Понарядов В. В., Турцевич А. С., Шведов С. В. Методы и механизмы геттерирования кремниевых структур в производстве интегральных микросхем // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. 2013. № 2–3. С. 43—57.

2. Графутин В. И., Прокопьев Е. П., Тимошенков С. П. Геттерирование и синергетические подходы в проблеме кремния и материалах на основе кремния. Обзор // Nanotechnology Research and Practice. 2014. Т. 1, № 1. С. 4—26. DOI: 10.13187/ejnr.2014.1.4

3. Прокопьев Е. П. О геттерировании и синергетических подходах в проблеме кремния. Обзор // Научная цифровая библиотека PORTALUS.RU. URL: http://portalus.ru/modules/science/rus_readme.php?subaction=showfull&id=1260858000&archive=1480160666&start_from=&ucat=& (дата обращения: 03.09.2018).

4. Рейви К. Дефекты и примеси в полупроводниковом кремнии. М.: Мир, 1984. 472 с.

5. Sah C.-T., Robert N. N., Shockley W. Carrier generation and recombination in p-n junctions and p-n junction characteristics // Proceedings of the IRE. 1957. V. 45, Iss. 9. P. 1228—1243. DOI: 10.1109/JRPROC.1957.278528

6. Дьячков А. М., Литвинов Ю. М., Петров С. В., Селиванова Н. Н., Хохлов А. И., Яковлев С. Л. Процессы геттерирования в технологии производства пластин кремния // Электронная промышленность. 2003. № 3. С. 33—40.

7. Мильвидский М. Г. Геттерирование загрязняющих примесей в бездислокационных пластинах кремния // Известия вузов. Материалы электронной техники. 2009. № 1. С. 6—12.

8. Пляцко С. В. Генерация объемных дефектов в некоторых полупроводниках лазерным излучением в области прозрачности кристалла // Физика и техника полупроводников. 2000. Т. 34, вып. 9. С. 1046—1052.

9. Винценц С. В., Зотеев А. В., Плотников Г. С. О порогах возникновения неупругих деформаций в поверхностных слоях Si и GaAs при многократном импульсном лазерном облучении // Физика и техника полупроводников. 2002. Т. 36, № 8. С. 902—906.

10. Коэн М. Г., Каплан Р. А., Артурс Ю. Г. Микрообработка материалов // Труды института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике. 1982. Т. 70, № 6. С. 21—29.

11. Hayafuji Y., Yanada T., Aoki Y. Laser damage gettering and its application to lifetime improvement in silicon // J. Electrochem. Soc. 1981. V. 128, Iss. 9. P. 1975—1980. DOI: 10.1149/1.2127778

12. Олиховский С. Й., Белова М. М., Кочелаб Е. В. Кинетика образования и роста микродефектов в кристаллах // Успехи физ. мет. 2006. Т. 7, № 3. С. 135—171. URI: http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/125801

13. Falster R., Voronkov V. V. Rapid thermal processing and control of oxygen precipitation behavior in silicon wafers // Mater. Sci. Forum. 2008. V. 573–574. P. 45—60.

14. Васильев Ю. Б., Верезуб Н. А., Меженный М. В., Просолович В. С., Простомолотов А. И., Резник Р. Я. Особенности дефектообразования в процессе термообработки бездислокационных монокристаллических пластин кремния большого диаметра с заданным распределением в объеме кислородсодержащих геттерирующих центров // Изв. вузов. Материалы электрон. техники. 2012. № 2. С. 43—50. DOI: 10.17073/1609-3577-2012-2-43-50

15. Falster R., Voronkov V. V., Quast F. On the properties of the intrinsic point defects in silicon: A perspective from crystal growth and wafer processing // Phys. Status Solidi (b). 2000. V. 222, Iss. 1. P. 219—244. DOI: 10.1002/1521-3951(200011)222:1<219::AIDPSSB219>3.0.CO;2-U

16. Falster R. Gettering in silicon: Fundamentals and recent advances // Semiconductor Fabtech. 2001. V. 13. P. 187—193.

17. Bhatti A.R., Falster R. J., Booker G. R. TEM studies of the gettering of cooper, palladium and nickel in Czochralski silicon by small oxide particles // Solid State Phenomena. 1991. V. 19–20. P. 51—56. DOI: 10.4028/www.scientific.net/SSP.19-20.51

18. Патент 2512258 (РФ). Способ формирования эффективного внутреннего геттера в монокристаллических бездислокационных пластинах кремния / М. В. Меженный, В. Я. Резник, 2014.

19. Aleshin A. N., Enisherlova K. L., Kalinin A. A., Mordkovich V. N. The chemical factor and its influence on the formation of defect structures and their gettering properties in layers of silicon implanted with chemical-active ions // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. 1996. V. 112, Iss. 1–4. P. 184—187. DOI: 10.1016/0168-583X(95)01247-8

20. Меженный М. В., Мильвидский М. Г., Резник В. Я. Особенности генерации дислокаций от внутренних источников в термообработанных бездислокационных пластинах кремния при воздействии внешних нагрузок // Известия вузов. Материалы электронной техники. 2007. № 1. С. 11—15.

21. Витман Р. Ф., Гусева Н. Б., Лебедев А. А., Ситниковa А. А., Фалькевич Э. С., Червоный Н. Ф. Взаимосвязь структурно-чувствительных свойств с генетическими особенностями монокристаллов кремния // Физика твердого тела. 1994. Т. 36, № 3. С. 697—704.

22. Лапидус И. И., Коган Б. А., Перепелкин В. В., Карелин В. В., Гельфгат Г. Н., Новиков В. В., Уриванцева В. Б. Металлургия поликристаллического кремния. М.: Металлургия, 1971. 144 с.

23. Фалькевич Э. С., Пульнер Э. О., Червоный И. Ф., Шварцман Л. Я., Яркин В. Н., Салли И. В. Технология полупроводникового кремния. М.: Металлургия, 1992. 408 c.

24. Итальянцев А. Г. Генерация вакансий, стимулированная химическим травлением поверхности кристалла // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 1991. № 10. С. 122—127.

25. Итальянцев А. Г. Генерация неравновесных точечных дефектов и сопутствующие ей эффекты при физико-химических воздействиях на поверхность кристаллов. Дисс. … д-ра физ.-мат. наук. М.: ИПТМ РАН, 2009. 281 c.

26. Итальянцев А. Г., Мордкович В. Н., Смульский А. С., Темпер Э. М. Химическая стимуляция перестройки дефектов в кремнии // В сб.: Всесоюзная конференция по радиационной физике полупроводников и родственных материалов. Ташкент, 1984. С. 179.

27. Итальянцев А. Г. Взаимодействие собственных точечных дефектов с их кластерами в элементарных полупроводниках при внешних воздействиях // Сб.: VI Конференция по процессам роста и синтеза полупроводниковых кристаллов и пленок. Новосибирск, 1982. Т. 2. С. 19—20.

28. Итальянцев А. Г., Мордкович В. Н. Трансформация размеров кластеров собственных точечных дефектов в полупроводниках // Физика и техника полупроводников. 1983. Т. 17, вып. 2. С. 217—222.

29. Смульский А. С., Итальянцев А. Г., Мордкович В. Н. Новая методика ликвидации ростовых и технологически вносимых дефектов структуры кремния при создании ПЗС // Сб.: Приборы с зарядовой связью. Технология и применение. М., 1983. С. 32—33.

30. Смульский А. С., Итальянцев А. Г., Авдеев И. И., Мордкович В. Н. Термообработка кремния и проблема ликвидации дефектов его структуры при создании полупроводниковых приборов и ИС // Электронная техника. Сер. 2: Полупроводниковые приборы. 1983. Вып. 3(162). С. 62—69.

31. Сарач О. Б. Основы технологии электронной компонентной базы. Конспект лекций. М.: НИУ «МЭИ», 2012. 250 с.

32. Технология микроконтроллерной промышленности. URL: http://zinref.ru/000_uchebniki/02600komputeri/008_00_00_Tekhnologia_mikroelektronnoy_promyshlennosti/000.htm

33. Соболев Н. А., Шек Е. И., Дудавский С. И., Кравцов А. А. Подавление свирлдефектов при термообработке пластин бестигельного кремния в хлорсодержащей атмосфере // Журнал технической физики. 1985. Т. 55, вып. 7. С. 1457—1459.

34. Курбаков А. И., Рубинова Э. Э., Соболев Н. А., Трунов В. А., Шек Е. И. Исследование кластеров точечных дефектов в монокристаллах кремния с помощью дифракции γ-квантов // Кристаллография. 1986. Т. 31, вып. 5. С. 979—985.

35. Kurbakov A. I., Sobolev N. A. Gamma-ray diffraction in the study of silicon // Mater. Sci. Eng.: B. 1994, V. 22, Iss. 2–3. P. 149— 158. DOI: 10.1016/0921-5107(94)90237-2

36. Харченко В. А., Смирнов Л. С., Соловьев С. П., Стась В. Ф. Легирование полупроводников методом ядерных реакций. LAP LAMBERT Academic Publishing, 2017. 262 с.

37. Воронов И. Н., Греськов И. М., Гринштейн П. М., Гучетль Р. И., Мороховец М. А., Соболев Н. А., Стук А. А., Харченко В. А., Челноков В. Е., Шек Е. И. Влияние среды отжига на свойства радиационно-легированного кремния (РЛК) // Письма в ЖТФ. 1984. Т. 10, вып. 11. С. 645—649.

38. Греськов И. М., Смирнов Б. В., Соловьев С. П., Стук А. А., Харченко В. А. Влияние ростовых дефектов на электрофизические свойства радиационно-легированного кремния // Физика и техника полупроводников. 1978. Т. 12, вып. 10. С. 1879—1882.

39. Моисеенкова Т. В., Свистельникова Т. П., Стук А. А., Алонцев С. А., Харченко В. А. Обратная диффузия золота и железа в кремнии при термообработке в среде кислород + хлор // Изв. АН СССР. Неорганические материалы. 1990. Т. 26, № 1. С. 5—8.

40. Греськов И. М., Гусева Н. Б., Никитина И. П., Ситникова А. А., Соловьев С. П., Сорокин Л. М., Харченко В. А. Изменение микроструктуры бездислокационных кристаллов кремния при ядерном легировании // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение. 1982. Вып. 4. С. 7—21.

41. Греськов И. М., Соловьев С. П., Харченко В. А. Влияние облучения реакторными нейтронами и термообработки на микродефекты в бездислокационном кремнии // Изв. АН СССР. Неорганические материалы. 1980. Т. 16, № 7. С. 1141—1145.


Дополнительные файлы

Для цитирования: Харченко В.А. Геттеры в кремнии. Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. 2018;21(1):5-17. https://doi.org/10.17073/1609-3577-2018-1-5-17

For citation: Kharchenko V.A. The getters in silicon. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering. 2018;21(1):5-17. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1609-3577-2018-1-5-17

Просмотров: 96

Обратные ссылки

  • Обратные ссылки не определены.


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1609-3577 (Print)
ISSN 2413-6387 (Online)