Книги по разным темам Pages:     | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | Складн системи процеси № 1- 2, 2004 СКЛАДН ФЗИЧН СИСТЕМИ ПРОЦЕСИ СКЛАДН ФЗИЧН СИСТЕМИ ПРОЦЕСИ УДК 537.311:621.315 УТВОРЕННЯ ТА ВЛАСТИВОСТ ДИСЛОКАЦЙ У КРЕМНкВИХ АВТОЕПТАКСЙНИХ КОМПОЗИЦЯХ (огляд) Бахрушин В.к., Ткаченко Р.А.

Гумантарний унверситет "Запорзький нститут державного та мунципального управлння", вул. Жуковського, 70-б, Запоржжя, Украна, 69002 Vladimir.Bakhrushin@zhu.edu.ua Вступ До основних типв структурних дефектв кремнвих ептаксйних композицй вдносять дислокац, дефекти пакування, а також схдц зсуву (лн ковзання). Вони можуть стотно впливати на електрофзичн параметри приладв та нтегрованих схем, що виготовлюються на основ таких композицй внаслдок утворення домшкових атмосфер, як змнюють фзичн властивост вдповдних областей кристалв. Внаслдок цього зазвичай вважають необхдним обмежувати максимальн допустим значення щльностей цих дефектв, при цьому вимоги до структурно досконалост композицй пдвищуються з зменшенням мнмального розмру активних елементв приладв. Особливо це стосуться приладв субмкро- та наноелектронки. У звТязку з цим особливо актуальност набува дослдження механзмв утворення дислокацй та дислокацйних дефектв у кремнвих автоептаксйних композицях, а також х впливу на електрофзичн властивост цих композицй.

Метою дано роботи був аналз наявних даних щодо основних параметрв дислокацйних дефектв у кремн, механзмв х утворення у процесах формування ептаксйних композицй та впливу на фзичн властивост кремню.

1. Дислокац у кремн та кремнвих автоептаксйних композицях За класифкацю Хорнстра [1; 2] у рештц алмазу можливими так типи простих дислокацй (табл. 1):

Таблиця 1 Дислокац з вектором Бюргерса 1/2 [110] у рештц типу алмазу [1, 2] Номер ндекс вс Кут мж вссю та Площина ковзання вектором Бюргерса I [110] 0 - II [110] 60о (111) III [110] 90о (100) IV [211] 30о (111) V [211] 90о (111) VI [211] 73о13' (311) VII [211] 54о 44' (110) VIII [100] 90о (110) IXa [100] 45о (100) IXb [100] 45о (100) Складн системи процеси № 1- 2, Крм зазначених у табл. 1, в алмазнй рештц можуть снувати складнш типи дислокацй. Вони вдрзняються одна вд одно нйною щльнстю обрваних звТязкв, енергями активац утворення та мграц подвйних перегинв, складом степенем насиченост домшкових атмосфер та ншими характеристиками. Тому х вплив на властивост кристалу також може стотно розрзнятися.

На структурну досконалсть ептаксйних композицй стотно вплива яксть пдготовки пдкладок, зокрема глибина порушеного шару на х поверхн, який при високотемпературних процесах ста джерелом дислокацй, дефектв пакування та нших дефектв структури [3 - 5]. Якщо у пдкладц були присутн дислокац, вони проростають у ептаксйний шар. При цьому внаслдок викривлення н дислокац значна х частина не проходить через весь ептаксйний шар. Тому на достатньому вддаленн вд меж роздлу з пдкладкою щльнсть дислокацй у товстих ептаксйних шарах може бути стотно меншою, нж у пдкладках [6].

ншим джерелом дислокацй термопружн напруження напруження, зумовлен рзницею перодв кристалчних решток пдкладки та шару [3; 4]. Створюваний нагрвачем граднт температури пдкладки у напряму нормал до поверхн виклика прогин, який призводить до появи радального граднта температури створення напружень, що перевищують межу плинност [7]. Генераця дислокацй стотно полегшуться, якщо вихдна пдкладка вже ма певний прогин.

Рзниця перодв кристалчних решток пдкладки та ептаксйного шару, зумовлена рзницею типу та концентрацй домшок, як мстяться у них, причиною утворення дислокацй невдповдност [6]. При вирощуванн ептаксйних плвок, легованих бором або фосфором, на слабколегованих пдкладках спостергаться прогин зразкв у бк ептаксйного шару, а при уведенн сурми чи олова - у бк пдкладки [8]. Дислокац невдповдност, як утворюються при осадженн ептаксйних шарв кремню на пдкладках з орнтацю {111} 60-градусними дислокацями, розташованими у похилих площинах ковзання типу {111} [9, 10]. Часто дислокац невдповдност напвпетлями, витягнутими у напрям [110], як не лежать у площин поверхн [9]. Одна частина напвпетл розташована у безпосередньо близькост до меж роздлу пдкладки та шару, а нша - знаходиться у пдкладц на вдстан до 50 - 70 мкм вд ц меж.

За мало товщини ептаксйного шару дислокац невдповдност у ньому можуть не утворюватися. У цьому раз збжнсть перодв пдкладки та шару забезпечуться пружними напруженнями, що призводять до вигину композиц [2]. Критична кривизна, за яко починаться утворення дислокацй невдповдност залежить вд температури осадження за даними при [8] приблизно дорвню 10Ц3 смЦ1 для температури 1470 К. Радус кривизни (R), повТязано з рзницею перодв рештки та товщинами (tl, ts) пдкладки та шару, можна визначити [8] з спввдношення 6t t l s = (1) R (t + t )s l де = a/a - вдносна рзниця перодв пдкладки та шару. Формула (1) справедливою у випадку, коли вигин композиц пружним. Згдно з [11] для кремнвих композицй ця умова виконуться. Критичну товщину ептаксйного шару, з яко починаться формування дислокацй невдповдност, можна оцнити [2] з спввдношення hc = a2 / 2a.

(2) Для типових значень параметрв кремнвих композицй вона не перевищу клькох мкрометрв.

Складн системи процеси № 1- 2, У певних випадках присутнсть дислокацй невдповдност да змогу покращити характеристики готових приладв, наприклад зменшити струми витоку [12]. Але нш параметри при цьому можуть погршуватися.

Якщо частинки друго фази, що утворюються пд час вдпалв, мають питомий обТм, вдмнний вд питомого обТму матриц, то при високих температурах може вдбуватися порушення когерентност, яке вдбуваться шляхом пластично релаксац поля деформацй когерентно частинки з утворенням дислокацй призматичного або гелкодального типу [5; 13]. Такими частинками у кремн , у першу чергу, прециптати доксиду та карбду кремню. Дислокацйн напвпетл розташован у площинах {111}, що утворюють з поверхнею зразка кут 55о або у площинах {110}, ряди петель спрямован уздовж <110>. Лня дислокац мстить три сегменти, один з яких 60-градусною дислокацю, паралельною поверхн, а два нш, вдповдно, - 60-градусною та гвинтовою дислокацями. Кожне джерело випуска вд одн до 20 напвпетель, конфгураця яких залежить вд його мсцезнаходження. Джерела, що знаходяться у центр, випускають дислокац у площинах ( ) та 111, або 111 та 111, а джерела на краях - 11 1 та 111. Це вдповда ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) радально симетричному вдносно центру пластини розподлу термчних напружень. Пдвищенню щльност дислокац в ептаксйному шар та пдкладц сприя наявнсть у вихднй пдкладц мкродефектв А-типа [14 - 17], а також присутнсть концентраторв напружень, якими можуть бути дефекти механчно обробки поверхн та включення друго фази, що були у вихднй пдкладц або утворилися пд час осадження шару.

У [18 - 21] в монокристалах кремню напвпровдниково чистоти було виявлено структурн перетворення, що вдбуваються за механзмом зсуву при температурах 527 - 671, 789 - 1044; 1229 - 1273 та 1310 - 1419 К. Вони призводять до формування метастабльних фаз, обТмна частка яких становить близько 5 %. Так структурн переходи можуть стати причиною додаткового дефектоутворення пд час охолодження ептаксйних композицй.

Типовий розподл за щльнстю дислокацй в ептаксйному шар композицй, одержуваних методом водневого вдновлення трихлорсилану у реакторах рзного розмру [22], наведено на рис. 1. Збльшення обТму реактора призводить до стотного зсуву розподлу у бк бльш низьких значень. Це може бути зумовлено зниженням граднтв температури на пдкладках , вдповдно, механчних напружень, як виникають у них пд час осадження ептаксйного шару.

N/N -1000 3000 N d, см Рис. 1. Число композицй з щльнстю дислокацй в ептаксйному шар не бльше Nd.

Складн системи процеси № 1- 2, Низьк щльност дислокацй в ептаксйному шар можна одержати при його формуванн методами рдкофазно ептаксй. Зокрема, в автоептаксйних шарах кремню товщиною 20Ц30 мкм, осаджених на пдкладках КДБЦ80 (111) товщиною 380 мкм з розчинврозплавв на основ олова при температур 1220 - 1320 К щльнсть дислокацй знаходиться у межах 10 - 100 смЦ2 [10]. Основним типом дефектв у таких шарах 60-градусн дис_ локац, розташован у похилих площинах ковзання типу {111}. Генераця дислокацй вдбуваться, головним чином, на перифер. Спостергаться також зародження дислокацйних напвпетель на поверхн росту та поблизу видлень друго фази.

У [23] показано, що формування на поверхн пдкладки аморфзованого шару товщиною близько 10 нм шляхом опромнення онами аргону з енергю до 30 кеВ да можливсть стотно зменшити щльност дислокацй та дефектв пакування в ептаксйних шарах кремню, що осаджуються за хлоридною технологю. Це може бути повТязано з збльшенням клькост зародкв кристалзац та зменшенням х розмру, пдвищенням швидкост поверхнево дифуз, що пригнчу преважне зростання окремих зародкв, блокуванням проростання окремих дислокацй з пдкладки до ептаксйного шару, а також наявних на поверхн скупчень SiC та SiO2.

Поряд з дислокацями у кристалах та монокристалчних шарах кремню можуть бути присутнми також дислокацйн петл та нш дефекти дислокацйного типу. Зокрема, у пластинах, пдданих високотемпературному вдпалу псля опромнення, спостергаються [24] досконал призматичн дислокацйн петл, як розташован переважно у площинах a {110} петлями мжвузловинного типу з вектором Бюргерса, а також петл b = <110 > Франка, що також петлями мжвузловинного типу, розташован у площинах {111} маa ють вектор Бюргерса. Крм того, спостергаються крайов дислокац, утвоb = <111 > рен внаслдок взамод досконалих призматичних петель.

У двошарових ептаксйних композицях n+-n-p и n++-n+-n типв основна частина дислокацй ма малий кут нахилу до меж роздлу, а х щльнсть зменшуться вд значень порядку 104 смЦ2 поблизу меж з сильно легованою пдкладкою до менше, нж 10 смЦ2 на вдстан 10 - 15 мкм вд не [25]. Для n++-n+-n композицй, ус шари яких було леговано одню й тю самою домшкою (миш'як, фосфор), щльнсть дислокацй невдповдност близькою до нуля вже поблизу меж роздлу пдкладки та нижнього ептаксйного шару.

сну [22] певна кореляця мж розподлами дислокацй дефектв пакування, пружних напружень та часу життя нервноважних носв заряду за поверхнею ептаксйного шару.

Щльност дефектв та напруження максимальними, а час життя мнмальним поблизу бчно поверхн композицй. Вигляд цих розподлв може бути зумовлений способом пдготовки пдкладок, який передбача виготовлення фаски на бчнй поверхн з метою зменшення моврност утворення сколв та трщин пд час транспортування, а також запобгання стовщенню фоторезисту та ептаксйного шару поблизу кромки [3]. Але це призводить до формування сильно деформовано област поблизу бчно поверхн пдкладок, що, з одного боку, причиною нтенсивного дефектоутворення при наступних високотемпературних обробках, а з ншого - перешкоджа руху дислокацй до центрально област композиц.

На вдмну вд металв, напвпровдникам властива рзка залежнсть швидкост руху дислокацй вд температури та слабка залежнсть вд напруження зсуву [5]. Це узгоджуться з термофлуктуацйною теорю утворення та руху подвйних перегинв на дислокацях. Встановлено, що енергя активац перемщення дислокацй залежить вд зсувного напруження, а вдповдна залежнсть швидкост дислокацй сильншою при малих напруженнях, нж при високих. Дислокац у кремн рухливими при температурах понад Складн системи процеси № 1- 2, 1070 - 1170 К. Тому пд час високотемпературних обробок або при охолодженн кристалв псля вирощування можливо [26] виникнення субструктур, що складаються з рядв дислокацй, як утворюють малокутов мжзеренн меж з дезорнтацю зерен вд деклькох хвилин до деклькох градусв. Для бльшост кремнвих приладв наявнсть таких меж, як мсцем скупчення дислокацй та нших дефектв, вважають неприпустимою.

Напруження Пайрлса для кремню порвняно високим дорвню близько 2,7 ГПа. У звТязку з цим рух дислокацй при бльш низьких напруженнях вдбуваться переважно за механзмом подвйних термчних перегинв [2]. Енергя утворення такого перегину дорвню 2,1 - 2,3 еВ, а енергя активац його бчного перемщення (барТр Пайерлса другого роду) - 0,04 еВ. Для початкових стадй деформац кремню при осесиметричному згин енергя активац руху дислокацй дорвню приблизно 1 еВ у межах похибки збгаться з енергю активац мграц схдцв на 90о та 30о часткових дислокацях, яка знаходиться у межах 1 - 1,2 еВ [27, 28], а також до енерг активац мграц дивакансй, що дорвню 1,2 еВ [29]. Енергя утворення поодинокого схдця на 90о частково дислокац за даними [30] дорвню 0,12 еВ.

Динамчн характеристики дислокацй у монокристалчному кремн стотно залежать вд вмсту домшок, зокрема кисню, а також вд попереднх термчних обробок. Так термообробка кристалв, вирощених методом Чохральського, при температурах близько та 920 К призводить до помтного зростання стартових напружень руху дислокацй, як вводяться чотирьохточковим згином, що може бути повТязано з утворенням кисневих кластерв, як гальмують початок руху, але не виявляють стотного впливу на сталий рух дислокацй [31].

Pages:     | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |    Книги по разным темам