Геттерирование электрически активных дефектов в полупроводниковых структурах

• Автор: Филипенко, Наталья Андреевна
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Таганрог
• Количество страниц: 156 с. : ил

ВВЕДЕНИЕ

1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ ДЕФЕКТЫ В КРЕМНИИ И ИХ

ГЕНЕРИРОВАНИЕ.

1.1. Влияние точечных дефектов на электрофизические свойства кремния и полупроводниковых структур на его основе
1.2. Перестройка электронного энергетического строения кремния, обусловленная атомами переходных и щелочных
металлов
1.3. Методы геттерирования электрически активных дефектов в полупроводниковых структурах и контроля их электрофизических свойств

1.4. Выводы и постановка цели и задач диссертационной работы

2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕСТРОЙКИ ЭЛЕКТРОННОГО

ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ КРЕМНИЯ, ОБУСЛОВЛЕННОЙ

АТОМАМИ НИКЕЛЯ И ЛИТИЯ

2.1. Методика расчета электронного энергетического строения кремния с кристаллографическими дефектами.
2.2. Комплекс дефектов, содержащий два атома замещения никеля или лития.
2.3. Комплекс дефектов, содержащий атом замещения никеля или лития и структурную вакансию
2.4. Расчеты электронного энергетического строения кремния в рамках разработанных моделей и анализ полученных результатов
2.5. Выводы.
3. МОДЕЛИРОВАНЕ ПРОЦЕССА ГЕТТЕРИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ДЕФЕКТОВ В КРЕМНИИ НАРУШЕННЫМ СЛОЕМ.
3.1. Анализ механизмов взаимодействия точечных и протяженных дефектов и методов их моделирования.
3.2. Моделирование процесса геттерирования нарушенным слоем, сформированным на нерабочей стороне кремниевой
подложки.
3.3. Моделирование процесса геттерировапия нарушенным слоем, сформированным на рабочей стороне кремниевой подложки.
3.4. Анализ перераспределения атомов в кремниевой подложке в процессе их геттерирования.
3.5. ВыводыЮ
4. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОПЕРАТИВНОГО КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССА
ГЕТТЕРИРОВАНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МДПДМ СТРУКТУР
4.1 Модель МДПДМ структуры
4.2. Метод оперативного контроля процесса геттерирования с использованием МДПДМ структур.
4.3. Анализ применимости метода контроля процесса геттерирования с использованием МДПДМ структур.
4.4. Выводы.
5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
ГЕТТЕРИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ДЕФЕКТОВ В
КРЕМНИЕВЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СТРУКТУРАХ
НАРУШЕННЫМ СЛОЕМ, СФОРМИРОВАННЫМ ЭЛЕКТРОИСКРОВОЙ
ОБРАБОТКОЙ
5.1. Геттерирование электрически активных дефектов при формировании нарушенного слоя на нерабочей поверхности подложки
5.2. Планарное геттерирование электрически активных дефектов при формировании нарушенного слоя на рабочей поверхности
подложки
5.3. Рекомендации по использованию метода геттерирования электрически активных дефектов в кремнии нарушенным слоем нерабочей стороны подложки, сформированным электроискровой обработкой
5.4. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ


Реальный кристалл кремния в общем случае может иметь различные нарушения регулярного расположения атомов в кристаллической решетке. Линейными дефектами являются дислокации и микротрещины. К плоским дефектам относятся границы зерен, дефекты упаковки, межфазные границы и границы кристалла. Объемными дефектами являются включения другой фазы и микропустоты поры. Они обычно возникают вследствие наличия в расплаве, из которого выращивается кристалл, большого количества примесей, загрязнений или при последующем распаде пересыщенного твердого раствора. Точечные дефекты наиболее распространенная разновидность структурных дефектов, возникающих в кристалле вследствие нагрева термодефекты, облучения быстрыми частицами радиационные дефекты, отклонения состава химических соединений от стехиометрии стехиометрические дефекты, наличия целенаправленно введенных или неконтролируемых примесей 4. В процессе формирования элементов ИС в объеме или на поверхности кремниевой подложки одновременно с целенаправленным введением основных легирующих примесей происходит загрязнение ее технологическими примесями. Источниками загрязнений при высокотемпературных обработках могут быть практически все применяемые в технологическом процессе реактивы, газы, механизмы и оборудование 5,6. Основными видами неконтролируемых примесей являются атомы быстродиффундирующих в кремнии элементов, к которым относятся щелочные , К, 1л и некоторые переходные металлы Си, Ре, Аи, 7. В настоящее время разработка высоконадежных токопроводящих систем современных ИС основана на использовании переходных металлов. Совокупностью необходимых свойств для применения в качестве затворов, межсоединений или в качестве контактных систем металлизации обладают силициды Таг, Мог, и Vi2 8. Если для процессов, следующих за металлизацией, можно снизить требования по высокотемпературной обработке, то сильную конкуренцию указанным соединениям применительно к изготовлению затворов МОП транзисторов также могут составить высокопроводящие силициды Н1г, Сог, и которые стабильны вплоть до температур соответственно 0С, 0С и 0 С. При изготовлении таких структур вероятно неконтролируемое формирование в полупроводниковой подложке различных кристаллографических дефектов, в том числе и дефектов, связанных с атомами переходных металлов 9. Неионизированные атомы действуют как ловушки генерационно рекомбинационные центры по отношению к свободным носителям заряда, обусловленными другими типами примесей, уменьшая числа электронов и дырок, и, увеличивая удельное сопротивление кремния, как правило, независимо от его типа проводимости. В результате, наличие атомов переходных металлов в областях локализации активных элементов ИС является причиной больших обратных токов рппереходов, а также низкого коэффициента усиления биполярных транзисторов. Кроме того, влияние этих дефектов оказывается очень сильным в приборах с зарядовой связью ПЗС, на основе которых формируются динамические схемы памяти с произвольной выборкой. ПЗС представляют собой длинную цепочку МОП структур. Наиболее важным параметром ПЗС является время хранения заряда, на величину которого отрицательно влияет присутствие в полупроводнике генерационно рекомбинационных центров, связанных с атомами переходных металлов, создающих глубокие энергетические уровни в запрещенной зоне кремния. При высокой концентрации переходных металлов увеличивается вероятность процесса взаимодействия примесных атомов между собой, сопровождающегося распадом твердого раствора с образованием преципитатов в объеме кристалла. Преципитаты, формируемые металлическими примесями и находящиеся в решетке кремния в виде силицидов, по большей части электропроводны и потому способны шунтировать эмиттер и коллектор биполярного транзистора с узкой базовой областью5, . В случае МОП структур дефекты, обусловливающие формирование генерационно рекомбинационных центров в объеме кремниевой подложки, не приводят к катастрофическим отказам, влияя, главным образом, на быстродействие МОП ИС. Однако, такие структуры очень чувствительны к поверхностным дефектам.