ВЛИЯНИЕ ДЕФЕКТОВ ИСХОДНОГО КРЕМНИЯ НА ПРОЦЕССЫ ДЕФЕКТООБРАЗОВАНИЯ В ДИОКСИДАХ КРЕМНИЯ

January 29, 2013 by admin Комментировать »

Смынтына В. А., Кулинич О. А., Глауберман М. А., Чемересюк Г. Г., Яцунский И. Р., Свиридова О. В. Одесский национальный университет им. И. И. Мечникова ул. Дворянская, 2, Одесса, Украина e-mail: eltech@elaninet.com

Аннотация – Испольауя современные методы исследования определено влияние дефектов исходного кремния на процессы дефектообразования в высокотемпературных и низкотемпературных диоксидах кремния. Установлено, что примеси, и структурные дефекты исходного кремния служат центрами конденсации кристаллических фаз, в окрестностях которых наблюдалась повышенная скорость химического травления диоксида. На пористость диоксидов основное влияние оказывают такие параметры их изготовления как температура и влажность.

I.                                       Введение

в настоящее время диэлектрические материалы, в частности диоксид кремния, благодаря их некоторым специфическим свойствам ислользуются как пассивирующие, электроизолирующие покрытия, а, также, как матрица для размещения наноразмерных полупроводниковых включений [1, 2]. В связи с этим, предъявляются повышенные требования к качеству диэлектрических слоев, дефектность которых оказывает решающее влияние на электрофизические свойства, как самих диэлектрических слоев, так и структур включающих их.

Целью представленной работы являлось выяснение на основе использования современных методов исследований механизмов образования и распределения по объему дефектной структуры в диоксидах кремния, изготовленных при различных режимах термического окисления.

II.                               Основная часть

Исследовались слои диоксида кремния и структуры диоксид кремния – кремний, изготовленные методом термического окисления монокристаллического кремния марки КЭФ-4,5(111) и КДБ-10(100) и пластин эпитаксиального кремния ЭКЭС-1 (111). Толщины термически выращенных высокотемпературных и низкотемпературных диоксидов (температура окисления в среде сухого кислорода изменялась от 700 до1150 С) составляли от 0,1 нм до 1 мкм.

Использовались современные методы исследований такие электронная сканирующая микроскопия (РЭМП) (электронный сканирующий микроскоп- анализатор «CamScan-4D» с системой рентгеновского энергетического дисперсионного анализатора «Link- 860» использующую программу «Zaf», чувствительность прибора составляла 0,01 % по массе, диаметр пучка – от 5 10’® до 1 10’®м). ОЖЭ – электронная спектроскопия (ЭОС)(спектрометр LAS-3000 фирмы «Riber» с пространственной разрешающей способностью – 3 мкм, энергетическое разрешение анализатора – 0,3 %). Травление диоксида осуществлялось химическим методом (плавиковая кислота (HF) или пучком ионов аргона [3]). Электрографические исследования пористости диоксидов проводили с использованием специально разработанных схем и установок.

Известно, что температура плавления кремния составляет около 1450° С и при остывании, даже при наличии малой концентрации центров кристаллизации, должен превращаться в стабильную кристаллическую фазу. При температурах ниже 900° С скорость кристаллизации мала и для ускорения процесса необходимо увеличить концентрацию центров кристаллизации. В качестве таких центров кристаллизации могут служить дефекты (дислокации, дефекты упаковки линии скольжения, макро дефекты в виде царапин, дендритов, двойниковых ламелей и дефектов слоистой неоднородности) и примеси исходного кремния. На рис.1 представлено электронное изображение дефектов (дислокаций) на поверхности исходного монокристаллического кремния КДБ-10(100), полученное с помощью «Cam Scan» методом проводимости.

Рис. 1. Электронное изображение дислокаций поверхности кремния КДБ-10(100).

Fig. 1. Eiectron-beam image of silicon surface SHB- 10(100) dislocations

Обнаружены макродефекты в виде дефектов слоистой неоднородности, преципитированные щелочными металлами (калием или натрием) или их солями (KCI или NaCI) (рис.2). Эти же щелочные металлы или их соли образовывали дендритные скопления, которые диссоциировали на кластерные скопления при температуре около 400° С. При температуре окисления 700° С обнаружено, что дефекты в стеклообразном диоксиде, на начальной стадии окисления, состоят из смеси окисленных атомов посторонней примеси и атомов кремния, способствующие образованию зародышевых кристаллов – кри- стаболлитов В высокотемпературном диоксиде (температура окисления около 1150° С) присутствуют кристаболлиты, состоящие из кристаллической фазы диоксида кремния, причем, примеси или их соли вытеснялись из кристаболлита и располагались в его окрестности. В районе расположения кристаболли- тов наблюдалась повышенная скорость химического травления диоксида кремния (более, чем на два порядка по отношению к свободному от дефектов объему), что можно объяснить образованием на границе кристаболлит – стеклообразный (аморфный) диоксид «разорванных» или «ненасыщенных» связей (так называемых Рь-центров), понижающие энергию связей и ускоряющих химическую реакцию (рис.З).

ный диоксид кремния, что можно объяснить процессами усиления упрочения диоксида кремния при более высокой температуре. На пористость диоксидов кремния влияла, также, среда, в которой проводилось окисление «Влажные» диоксиды кремния обладали большей пористостью, что можно объяснить процессами встраивания воды в порядок чередования слоев диоксида при окислении, а затем, диссоциацией или испарением с образованием пустот. Увеличение дефектности исходного кремния, также, приводило к увеличению пористости диоксида кремния, причем, максимумы плотности распределения пор по размерам и количеству приходились на области, лежащие около скоплений кристаболлитов.

III.                                   Заключение

На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

Рис. 2. Электронное изображение дефекта слоистой неоднородности, преципитироеанного атомами щелочного металла (калием).

Fig. 2. Electron-beam image of layered inhomogeneity defect precipitating by kalium

–         на процесс образования источников дефектов кристаллического типа (кристаболлитов) влияют как условия выращивания диоксидов кремния, так и дефектность исходного кремния, причем, кристаллическая фаза в высокотемпературном диоксиде кремния не содержит оксидов посторонних примесей, а максимум плотности распределения кристаллической фазы приходится на границу диоксид кремния – кремний;

–         в районе нахождения кристаллической фазы наблюдалась повышенная скорость химического травления, что связывалось с наличием «ненасыщенных» или «разорванных» связей на границе кристалл- аморфный кремний;

–         пористость диоксида зависит не только от условий его получения, но и от дефектности исходного кремния.

IV.                            Список литературы

[1]  Зворыкин д. Б., Колобов Н. А. Исследование дефектов структуры термически выращенных пленок двуокиси кремния// Электр, техника, сер.2.1973.1 (73). 0.86-91.

[2]  Барабан А. П., Милоглядова Л. В. Дефекты и дефекгообра- зование в окисном слое ионно-имплантированных структур кремний-двуокись кремния//ЖТФ.2002.72(5). 0.56-60.

[3]  Кулинич О. А., Лисовская А. А., Садова Н. Н. О повышении выявляющей способности избирательного травления монокристаллов кремния //УФЖ..1990.35(11). 0.1691-1695.

Puc. 3. Поверхность диоксида кремния в районе кристаллического включения после химического травления.

Fig. 3. Silicon oxide surface in the region of crystalline insert after chemical etching

Сам кристаллит при этом не травился. Источником роста кристаболлитов служит аморфная фаза диоксида кремния находящаяся непосредственно около кристаболлита. Максимум плотности распределения кристаболлитов приходится на границу раздела диоксид кремния – кремний. Чем больше температура окисления, тем больше этот максимум сдвигается в сторону свободной поверхности диоксида кремния. В качестве подтверждения предлагаемого механизма образования кристаболлитов служит факт отсутствия кристаболлитов в отсутствие посторонних примесей и дефектов в исходном кремнии. При исследовании пористости диоксидов кремния выяснено, что низкотемпературный диоксид обладает большей пористость, чем высокотемператур

INFLUENCE OF INITIAL SILICON DEFECTS ON PROCESSES OF THE DIOXIDE SILICON DEFECT FORMATION

Smyntyna V., Kulinich O., Glauberman М., Chemeresuk G., Yatsunskiy I., Sviridova O.

Mechnikov Odessa National University e-mail: eltech@elaninet.com

Abstract – Dioxide defect formation has been found out with the aid of modern research methods.

–        It has been ascertained that both requirements of oxide cultivation and deficiency of initial silicon influence on processes of crystalline defects formation in dioxide, and the maximum of a crystalline phase density falls at border dioxide – silicon;

–        Initial silicon impurity and structural defects are the centers of crystal phase condensation with higher velocity of dioxide etching;

–        The dioxide porosity depends not only on requirements of reception, but also on initial silicon deficiency.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты