Моделирование и экспериментальное исследование преципитации кислорода в кремнии

• Автор: Приходько, Олег Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Ульяновск
• Количество страниц: 131 с.

Оглавление
Введение Глава 1. Литературный обзор
1.1. Междоузельный кислород в С2-кремнии
1.2. Растворимость кислорода в кремнии
1.3. Диффузия кислорода в кремнии
1.4. Кислородные термодоноры
1.5. Преципитация кислорода в кремнии
1.6. Теоретические модели преципитации
1.7. Технология внутреннего геттерирования
1.8. Технология “кремний на изоляторе”
1.9. Выводы
Глава 2. Теоретическое исследование преципитации кислорода в кремнии
2.1. Кинетические коэффициенты • ‘ ■
2.2. Преципитация, ограниченная диффузией
2.3. Центры зарождения кислородной преципитации
2.4. Кинетика среднего геометрического размера преципитатов
2.5. Образование дефектов упаковки
2.6. Выводы
Глава 3. Экспериментальные исследования
3.1. Исследуемые образцы
3.2. Методика определения концентрации междоузельного кислорода в кремнии
3.3. Экспериментальные данные по кинетике преципитации кислорода в кремнии

3.4. Микроскопические наблюдения преципитатов и
дефектов упаковки
3.5. Выводы
Глава 4. Моделирование преципитации кислорода в кремнии
4.1. Определение параметров кислородной преципитации
4.2. Моделирование кинетики уменьшения концентрации междоузельного кислорода в кремнии
4.3. Моделирование кинетики роста среднего геометрического размера кислородных преципитатов
4.4. Моделирование образования дефектов упаковки
4.5. Выводы
Глава 5. Моделирование неоднородной по объему преципитации кислорода в кремнии
5.1. Моделирование процесса внутреннего геттерирования
5.2. Моделирование технологии «кремний на изоляторе»
5.3. Выводы
Заключение
Литература
Приложение

Введение
Интерес к поведению кислорода в кремнии возник в середине 50-х годов в связи с началом промышленного использования выращенных по методу Чохральского кристаллов кремния (Cz-кремния), содержащих высокую концентрацию междоузельного кислорода.
Обнаружение факта, что при определенных условиях термообработки кислород может иметь полезный эффект при производстве микросхем, дало мощный импульс изучению
преципитации кислорода [ 1 -6].
Основные направления, возникшие на начальном этапе изучения преципитации кислорода в кремнии, остаются
актуальными и в наше время. К ним относятся:
1. Исследования природы центров зарождения кислородной преципитации;
2. Создание адекватной теоретической модели преципитации кислорода в кремнии;
3. Теоретическое описание процесса образования бездефектной
зоны при внутреннем геттерировании с целью контроля и предсказания ее ширины.
В последние годы особую актуальность приобрело исследование образования скрытых диэлектрических слоев в
кремнии (технология SOI), возникающих при преципитации имплантированного кислорода. Актуальность вышеперечисленных направлений в первую очередь обусловлена широким коммерческим использованием богатого кислородом Cz-кремния в современном производстве сверхбольших интегральных схем. Постоянно возрастающие требования к быстродействию и надежности интегральных схем приводят к необходимости более жесткого

тремя физическими факторами [79]: геттерируемые вредные примеси в приповерхностной (активной) области подложки должны находиться в растворенном состоянии, а не в виде стабильных преципитатов; эти примеси должны иметь достаточно высокую подвижность, т. е. температура должна быть относительно высокой, чтобы примесь смогла продиффундировать из активной области подложки в объем кристалла; в объеме кристалла вредные примеси должны захватываться некоторыми стоками, в качестве которых могут выступать различные дефекты и преципитаты, расположенные на достаточной глубине от активной области, и при последующих отжигах эти примеси не должны высвобождаться.
В последнее время в ряде работ [15,81,82] было показано, что, несмотря на то, что большинство методов геттерирования различаются по своей природе, сам механизм геттерирования можно разделить на две стадии. На первой стадии в объеме кристалла образуется повышенная концентрация межузельных атомов кремния, которые вследствие своей высокой подвижности проникают в приповерхностную область и вызывают там растворение преципитатов металлических примесей. На второй стадии эти примеси диффундируют по направлению первоначально созданной напряженной области, где они преципитируют повторно в виде некоторой фазы силицидов.
Основываясь на такой концепции, авторы работы [83] предложили количественное описание процесса геттерирования. Их подход основан на понятии о критическом радиусе преципитата (гкр). Из уравнений по термодинамике для кристалла, содержащего твердый раствор некоторой примеси, следует, что для каждой температуры существует определенный критический радиус преципитата примеси для данного кристалла. Тогда в процессе отжига те преципитаты, которые имеют радиус меньше гкр будут растворяться, а преципитаты, радиус которых больше гкр будут расти. В