Санкт Петербург: Политехника, 2004. - 679 с.
ISBN 5-7325-0236-X
Изтегли(пряка връзка) : spravochniktehnologaoptika2004.djvu Предишна 1 .. 113 > .. >> Следваща
Окончателното полиране на монокорунд и гранат с изискванията за формата N (0,1-4,0) и LN (0,1-0,4) и чистота R IV продължава върху полиращи подложки от дуралуминий или мед с диамант ACM1 / 0; ASMO,5/0,1; ASMO, 3/0 последователно на машини тип PD. Когато обработвате повърхности под 1N, намалете налягането до 50 kPa или по-малко (особено при блокове с диаметър над 0,1 m).
Окончателното полиране на гранат, кубичен цирконий и кварц с определена точност се извършва върху полиращи подложки от съвместни смоли с пълнители (хромен оксид, полирит и др.).
Довършително полиране на монокорунд без изисквания за отклонение, но с повишени изисквания за грапавост (Rz< 0,01) и чистоте (Р III, без сетки царапин) продолжают алмазом АСМ1/0, АСМО,5/0,1 либо оксидом хрома на полировальнике из полировочных смол СП4-СП6 с наполнителями или без них (см. табл. 5.12). Полирование ОД с целью получения максимального пропускания в ВУФ- и УФ-областях спектра продолжают алмазом до АСМО,5/0,1 на полировальниках из дюралюминия и затем на искусственной замше, натянутой на тот же полировальник, субмикронными порошками а-А1203 зернистостью
0,5/0 с вода или етилов алкохол [а. с. СССР 1663063, 1593307].
Продължава полирането на монокорунд за последващо антирефлексно покритие със SiO2 филми върху изкуствен велур с водна суспензия от колоиден силициев диоксид с размер на зърното a-A1203
294
0,5/0 при концентрация T: W = 1: 4. Смята се, че получената повърхност е най-подготвена за епитаксиално покритие.
5.5. МЕТОДИ ЗА ИЗСЛЕДВАНЕ НА СТРУКТУРАТА И ДЪЛБОЧИНАТА НА НАРУШЕН СЛОЙ
Съществуващите методи, които се използват за изследване на увредения слой, могат условно да се разделят на две групи: методи, които пряко наблюдават макро- и микроструктурни промени в повърхностния слой; методи, чрез които се изследва промяната във физико-механичните или химичните свойства на материала, тъй като повърхностният слой, получен в резултат на механична обработка, се отстранява. Методите от 1-ва и 2-ра група се характеризират с различна сложност на настройката на експериментите, но всеки от тях предвижда последователно изследване на отделни слоеве, все по-отдалечени от повърхността. Послойното отстраняване на повредения слой се извършва чрез полиране или химическо ецване.
1. При метода, базиран на промяна на скоростта на ецване на повърхността в зависимост от степента на нейното разрушаване, най-високата скорост се наблюдава при ецване на външния релефен слой. Тъй като повреденият слой се отстранява, скоростта на ецване намалява и се доближава до скоростта на ецване на единичен кристал. Дебелината на слоя, който трябва да се отстрани, преди да се получи постоянна скорост на ецване, се приема като дълбочина на повредения слой. Резултатите обаче зависят от редица фактори: вида на ецващия агент, температурата, скоростта на движение в обема на ецващия инструмент, осветеността на повърхността и др.
2. При метода на екзоелектронната емисия в забранената зона на кристал възниква електронен поток от локални енергийни нива, съответстващи на структурни дефекти. Регистрирането на екзоелектрони може да се извърши във въздуха с брояч тип Geiger-Muller или във вакуум чрез вторични електронни умножители. Зависимостта на екзоемисията от дълбочината на увредения слой е най-ясно изразена в диапазона 0,3-6,0 µm.
3. Рентгенов метод на аномално предаване на рентгенови лъчи (APRL) се състои в това, че перфектен кристал в положение на отражение на Брег пропуска рентгенови лъчи, почти без да ги абсорбира, докато в неотразяващо положение ги абсорбира силно. Следователно истинските кристали с несъвършенства в кристалната решетка причиняват намаляване на APRL. По същия начин APRL се влияе от смущения в кристалната решетка в резултат на механична обработка. Ефектът от APRL може да се регистрира чрез промяна
295
определяне на интегралния интензитет или чрез фотографски средства (чрез заснемане на топограми).
В работата е даден методът за определяне на дълбочината на повредения слой по полуширината на люлеещата се крива. Както е известно, полуширината на люлеещата се крива зависи от вътрезърнестия строеж на кристала - размера на мозаечните блокове и тяхната неориентация. Механичната обработка води до нарушаване на монокристалната структура, по-специално до интензивно раздробяване на кристала на блокове и тяхната неправилна ориентация. Появата на неправилно ориентирани блокове води до разширяване на люлеещата се крива на отражението на ftfeZ в сравнение с кривата за кристал без такова увреждане. Има линейна зависимост между стойността на повредения слой и полуширината на люлеещата се крива.
4. При метода на ефекта на Twyman плоча, обработена еднакво от двете страни, се полира от едната страна и се измерва деформацията. Според кривата, характеризираща зависимостта на стрелката на отклонение от дебелината на слоя, отстранен от другата страна на плочата, се определя дълбочината на повредения слой.
5. При метода, основан на зависимостта на микротвърдостта от дълбочината на натоварване на индентора, измерванията се извършват с уред PMT-3. С постепенното отстраняване на увредения слой стойностите на микротвърдостта се увеличават и достигат постоянна стойност, независимо от натоварването на индентора.

За получаване на висококачествени устройства и ИС са необходими хомогенни полупроводникови пластини с повърхност без дефекти и замърсявания. Приповърхностните слоеве на плочите не трябва да имат нарушения на кристалната структура. Много строги изисквания се налагат към геометричните характеристики на плочите, особено към тяхната плоскост. Плоскостта на повърхността е от решаващо значение при формирането на структурите на устройството чрез оптична литография. Важни са и такива геометрични параметри на плочата като деформация, непаралелизъм на страните и толеранс на дебелината. Полупроводниковите материали, които са изключително твърди и крехки, не могат да се обработват с повечето конвенционални методи като струговане, фрезоване, пробиване, щамповане и т.н. Почти единственият метод, приложим за обработка на полупроводникови материали, е обработката с използване на свързани или свободни абразиви.

За осигуряване на необходимите параметри са разработени основни технологични операции за производство на плочи. Основните операции включват предварителна подготовка на единичен кристал, разделянето му на пластини, шлайфане и полиране на пластините, скосяване, химическо ецване на пластините, получаване на неработната страна на пластините, контрол на геометрията и повърхността на пластините и опаковане в контейнери.

Предварителната подготовка на слитъка се състои в определяне на кристалографската ориентация на слитъка, калибриране на външния му диаметър до определен размер, ецване на повредения слой, извършване на основни и допълнителни разфасовки, подготовка на крайни повърхности с дадена кристалографска ориентация. След това слитъкът се разделя на плочи с определена дебелина. Целта на последващото шлифоване е да се изравни повърхността на изрязаните плочи, да се намали разпространението на тяхната дебелина и да се образува еднаква повърхност. Скосите от острите ръбове на плочите се отстраняват, за да се отстранят стружките, образувани при рязане и шлайфане. В допълнение, острите ръбове на пластините са концентратори на напрежение и потенциални източници на структурни дефекти, които могат да възникнат, когато пластините се изместват и най-вече по време на топлинна обработка (окисление, дифузия, епитаксия). Химическото ецване отстранява повредените повърхностни слоеве, след което двете страни на плочите или страната, която е предназначена за производство на устройствата, се полират. След полиране плочите се почистват от замърсявания, контролират се и се опаковат.

При производството на устройства, използващи методите на най-често срещаната планарна технология и нейните разновидности, се използва само една, така наречената работна страна на плочата. Като се има предвид значителната трудоемкост и високата цена на операциите за изготвяне на висококачествени плочи с повърхност без дефекти, някои варианти за производство на плочи осигуряват асиметрична, т.е. нееднаква обработка на техните страни. От неработната страна на плочата остава структурно деформиран слой с дебелина 5–10 μm, който има свойствата на геттер, т.е. способността да абсорбира пари и газове от тялото на полупроводниково устройство, след като е запечатано поради много развита повърхност. Дислокационната структура на слоя, обърната към работната повърхност на плочата, има способността да привлича и задържа структурни дефекти от обема на полупроводниковия кристал, което значително повишава надеждността и подобрява електрическите параметри на устройствата. Но асиметричната обработка на страните на плочите създава опасност от огъването им. Следователно дълбочината на нарушенията от неработещата страна трябва да бъде строго контролирана.

Използването на пластини със стандартизирани размери в производството на полупроводници дава възможност за унифициране на оборудване и инструментална екипировка за всички операции, от тяхната обработка до контрол на параметрите на готовите структури. В местната и чуждестранната индустрия са използвани плочи с диаметър 40, 60, 76, 100, 125, 150 и 200 mm. За да се получи плоча с определен диаметър, отгледаният проводим монокристален слитък се калибрира.

Ориентирането или търсенето на дадена кристалографска равнина на единичен кристал и определянето на позицията на тази равнина спрямо челната повърхност на слитъка се извършва с помощта на специално оборудване, използващо оптични или рентгенови методи. Оптичният метод за ориентация на монокристалите се основава на свойството на гравираните повърхности да отразяват светлинните лъчи в строго определена посока. В този случай отразяващата равнина винаги съвпада с кристалографските равнини от типа (111). Отклонението на челната повърхност на слитъка от кристалографската равнина (111) води до отклонение на отразения лъч върху матовия екран, което се характеризира с ъгъла на неориентация на челната повърхност от равнината (111). Отразеният лъч образува върху екрана светлинни фигури, чиято форма се определя от конфигурацията на вдлъбнатините, гравирани върху челната повърхност на слитъка със селективни ецващи средства. Типичен светлинен модел за слитък, израснал в посока, е звезда с три лопатки, а за слитък, израснал в посока, е звезда с четири лопатки.

Калибрирането се извършва по метода на външно кръгово шлайфане с диамантени колела върху метална връзка (фиг. 1.1). В този случай се използват както универсални цилиндрични шлифовъчни машини, така и специализирани машини, които позволяват калибриране с малки радиални сили на рязане. Ако при калибриране на силициев слитък на универсална цилиндрична шлифовъчна машина дълбочината на повредения слой достигне 150–250 µm, тогава използването на специализирани машини намалява дълбочината на повредения слой до 50–80 µm. Калибрирането най-често се извършва в няколко преминавания. Първо, по време на първите груби проходи, основната надбавка се отстранява с диамантени колела с размер на зърното 160-250 микрона, след което се извършва довършителна обработка с диамантени колела с размер на зърното 40-63 микрона.

Фигура 1.1 - Схема за калибриране на слитък

След калибриране на цилиндричната повърхност върху слитъка се правят основни и допълнителни (маркиращи) разрези. Основният изрез е направен, за да ориентира и основава вафлите при фотолитографски операции. Допълнителните срезове са предназначени да покажат кристалографската ориентация на пластините и вида на проводимостта на полупроводниковите материали. Широчините на основата и допълнителните разрези се регулират и зависят от диаметъра на блока. Основата и допълнителните разфасовки се извършват чрез шлайфане на повърхностни шлифовъчни машини с диамантени колела по GOST 16172-80 или колела с прав профил по GOST 16167-80. Размерът на зърното на диамантения прах в кръгове е избран в рамките на 40/28-63/50 µm. Един или повече слитъци се фиксират в специално приспособление, ориентиращо необходимата кристалографска равнина, успоредна на повърхността на масата на машината. Охлаждащата течност (например вода) се подава към зоната за обработка.

Срезове могат да се изработват и на машини за плоска обработка, като се използват абразивни суспензии на базата на прах от силициев карбид или борен карбид с размер на зърното 20-40 микрона. Шлайфането със свободен абразив ви позволява да намалите дълбочината на повредения слой, но това намалява скоростта на обработка. Следователно, най-широко използваното в промишлеността е шлайфането на цилиндрична повърхност и разфасовки с диамантени колела.

След смилането слитъкът се ецва в полираща смес от азотна, флуороводородна и оцетна киселина, като се отстранява повредения слой. Обикновено се гравира слой с дебелина 0,2-1,0 mm. След калибриране и ецване допустимото отклонение на диаметъра на блока е 0,5 mm. Например слитък с номинален (зададен) диаметър 60 mm може да има действителен диаметър 59,5-60,5 mm.

Промишленото производство на полупроводникови монокристали е израстването на слитъци с близка до цилиндрична форма, които трябва да бъдат разделени на детайли - пластини. От многобройните методи за разделяне на блокове на плочи (рязане с диамантени колела с вътрешен или външен режещ ръб, електрохимичен, лазерен лъч, химическо ецване, набор от остриета или тел, безкрайна лента и др.), рязане с диамантени колела с вътрешен режещ ръб (AKVR), набор от остриета и безконечна тел в момента е най-широко използваното.

AKBP осигурява разделяне на блокове с достатъчно голям диаметър (до 200 mm) с висока производителност, точност и ниски загуби на скъпи полупроводникови материали. Кръгът AKVR е метално пръстеновидно тяло с дебелина 0,05-0,2 mm, на вътрешния ръб на което са фиксирани диамантени зърна, които извършват рязане. Тялото е изработено от висококачествени устойчиви на корозия хромо-никелови стомани с втвърдяващи легиращи добавки. В местната промишленост стомана клас 12X18H10T се използва за кутии. Размерът на диамантените зърна, фиксирани върху вътрешния ръб, се избира в зависимост от физичните и механични свойства на полупроводниковия материал, който се реже (твърдост, крехкост, способност на адхезия, т.е. прилепване към режещия ръб). По правило за рязане на силиций е препоръчително да се използват диамантени зърна с размер на основната фракция 40-60 микрона. Зърната трябва да са достатъчно здрави и да имат форма, подобна на тази на обикновените кристали. Препоръчително е да се режат германий и сравнително меки полупроводникови съединения от типа A 3 B 5 (галиев арсенид, индиев арсенид, индиев антимонид, галиев фосфид и др.) С диаманти, чийто размер на зърното на основната фракция е 28-40 микрона. Изискванията за здравина на тези зърна не са толкова високи, колкото при рязане на силиций. Единични кристали от сапфир, корунд, кварц, повечето гранати са разделени от кристални диаманти с висока якост, чийто размер на зърното на основната фракция е 80-125 микрона.

Предпоставка за качественото разделяне на слитъка на плочи е правилната инсталация и фиксиране на кръга AKBP. Високата якост на материала на тялото на колелото и способността му да се разтяга значително позволяват издърпването на колелото върху барабана с достатъчна твърдост. Твърдостта на кръга пряко влияе върху точността и качеството на повърхността на плочите, издръжливостта на кръга, т.е. неговия експлоатационен живот и ширината на среза. Недостатъчната твърдост води до дефекти в геометрията на плочите (неравномерност, деформация, промяна в дебелината) и увеличаване на ширината на среза, а прекомерната твърдост води до бърза повреда на колелото поради разкъсване на тялото.

Методът за рязане на единични кристали в плочи с метален диск с вътрешен диамантен режещ ръб (фиг. 1.2) вече практически замени всички използвани преди това методи на рязане: дискове с външен диамантен режещ ръб, остриета и тел с абразивно окачване. Този метод е най-широко използван, защото осигурява по-висока производителност с по-малка ширина на рязане, което води до намаляване на загубата на полупроводников материал с почти 60% в сравнение с рязане с външен режещ ръб.

Режещият инструмент на машината е тънък (с дебелина 0,1-0,15 mm) метален пръстен, върху ръба на 3-тия отвор се нанасят диамантени зърна с размер 40-60 микрона. Кръгът 2 е опънат и фиксиран върху барабана 1, който се върти около оста си. Слитък 4 се вкарва във вътрешния отвор на окръжността AKVR на разстояние, равно на сумата от дадената дебелина на плочата и ширината на прореза. След това слитъкът се премества праволинейно спрямо въртящия се кръг, в резултат на което плочата се отрязва.

Отрязаната плоча 6 може да падне в събирателната тава 7 или да се задържи, след като слитъкът е напълно разрязан върху дорника 5 с адхезивен мастик. След като слитъкът бъде разрязан, той се изтегля в първоначалното си положение и кръгът напуска образувания прорез. След това слитъкът отново се премества с дадена стъпка във вътрешния отвор на кръга и цикълът на рязане на плочата се повтаря.

Инструментът се фиксира с винтове в края на шпиндела, въртящ се с честота 3-5 хиляди оборота в минута към барабана (фиг. 1.3), като се използват пръстени със сферична издатина от едната и съответна кухина от друга, което осигурява необходимото предварително натоварване на диска. Окончателното опъване на диска се осигурява при монтирането му върху барабана/. Затягащите винтове 7 намаляват разстоянието между ръба 2 барабан 1 и затягане

Фигура 1.2 - Схема на рязане с диск Фигура 1.3 - Барабан за фиксиране

с вътрешен ръб на диамантено острие

пръстени 5 . Режещият диск 6 опира в опорния ръб 4 на барабана и се разтяга в радиална посока. Между затягащите пръстени и рамото на барабана са монтирани регулиращи подложки 3. , които ограничават движението на пръстените 5 и предпазва диска от разкъсване поради прекомерно напрежение. Равномерното напрежение на диска се постига чрез последователно постепенно затягане на диаметрално разположени винтове 7. При някои модели машини, например Almaz-bM, напрежението на диска се осигурява чрез изпомпване на течност (например глицерин) в кухината между затягащите пръстени.

Всички видове структурни оформления на произвежданите в момента машини за рязане на блокове от полупроводникови материали могат да бъдат разделени на три групи:

С хоризонтален шпиндел и шублер, който извършва както дискретно движение на слитъка до дебелината на плочата, която се нарязва, така и режещо подаване (фиг. 1.4, а);

С вертикален шпиндел и дебеломер, който също извършва дискретно движение на слитъка по дебелината на плочата, която се нарязва, и подаване на рязане (фиг. 1.4, b);

С хоризонтален шпиндел, който захранва рязането, като го върти около определена ос, и шублер, който само дискретно премества блока с дебелината на отрязания лист (фиг. 1.4, в).

Машините от първия тип, които включват модели 2405, Almaz-4, T5-21 и T5-23, се появиха в индустрията по-рано от други и са най-често срещаните. При това разположение хоризонтално разположеният шпиндел се върти в лагери с относително малък диаметър, което го прави относително лесно да се осигури необходимата скорост, точност и устойчивост на вибрации на възела. Недостатъкът на този тип оформление на машината е доста интензивното износване на водачите на шублера и в резултат на това загубата на точност.

Фигура 1.4 - Схеми на структурни оформления на машини за рязане на блокове с диамантени колела с вътрешен режещ ръб:

1 - трансмисия с клиновиден ремък; 2 - шпинделен вал; 3 - лагер; 4 - барабан;

5 - диамантен диск; 6 - слитък; 7 - държач; 8 - въртящ се лост; 9 - ос

За да се осигурят необходимите геометрични размери на изрязаните полупроводникови пластини, тяхната плоскопаралелност и съответствие с зададените размери, както и да се намали дълбочината на повредения слой, пластините се подлагат на шлифоване и полиране. Процесът на шлайфане е обработка на плочи върху твърди довършителни дискове - шлифовъчни машини (от чугун, стъкло, месинг и др.) с абразивни микропрахове с размер на зърното от 28 до 3 микрона или диамантени шлифовъчни дискове с размер на зърното от 120 до 5 микрона. Грешките във формата на плочите (неплоскост, клиновидна форма и др.), Възникнали по време на рязането на слитъка, се коригират по време на процеса на смилане. В резултат на смилането се получават плочи с правилна геометрична форма с грапавост на повърхността. На 0,32-0,4 µm.

Фигура 1.5 показва класификацията на шлифовъчните машини.Шлифовъчните машини за полупроводникови пластини и кристали се състоят от следните основни елементи. На шлифовъчното колело, изработено от стъкло или чугун, има три кръгли сепаратора - касети с отвори (прорези) за зареждане на полупроводникови пластини. Абразивна суспензия се подава непрекъснато към колелото по време на процеса на смилане. При въртене на шлифовъчното колело касетъчните сепаратори се въртят около оста си с помощта на ролки под действието на сила, произтичаща от различни периферни скорости по радиуса на мелницата. Плочите, заредени в процепите на сепараторната касета, извършват сложно движение по време на смилане, което се състои от въртене на шлифовъчното колело, въртене на сепараторната касета и въртене на плочите вътре в седлото на сепаратора.

Фигура 1.5 - Класификация на шлифовъчни машини

Подобно движение позволява да се отстрани слой материал равномерно от цялата равнина на плочата с достатъчен равнинен паралелизъм и точност за полупроводникови устройства. Дебелината на плочата е 0,005-0,008 mm, а плоскопаралелната - 0,003-0,004 mm. Шлифоването на проводящия материал зависи от здравината на абразивните зърна: например, при еднакъв размер на зърното, по-дълбоките вдлъбнатини дават абразивни материали с по-голяма микротвърдост. Следователно, в зависимост от свойствата на обработвания материал, степента на чистота на повърхността и предназначението, е необходимо да се избере абразив с подходяща дисперсия. Практически първоначалното шлайфане на кристали от полупроводников материал се извършва с груби прахове от борен карбид, а след това те се довеждат до необходимия размер и необходимата чистота на повърхността с прахове от електрокорунд или силициев карбид с размер на зърното M14, M10, Ml5.При смилането микротвърдостта на използвания абразив трябва да бъде 2 - 3 пъти по-висока от микротвърдостта на шлайфания материал. На това изискване отговарят електрокорундът, зеленият силициев карбид, борният карбид, диамантът. Скоростта на въртене на горните шпиндели с абразивни колела е 2400 об/мин, а на шлифовъчните маси с фиксирани върху тях обработени плочи - 350 об/мин. Обикновено една позиция е предварително шлайфане, а другата е довършителна. Подаването на кръга се извършва поради масата на шпиндела. Фигура 1.4 показва схемата на смилане с потапяне.

1 -3 - шлифовъчни колела; 4-6 - обработени плочи; 7- маса

Фигура 1.6 - Схема на смилане с потапяне

Фигура 1.7 показва външния вид на шлифовъчно колело с плочи.

За полиране на плочите могат да се използват същите машини, както и за шлайфане. За целта се правят проби върху мелниците с помощта на външни и вътрешни стоманени пръстени 4 върху тях се навлича велур. Има отвори в горната мелничка и в дивата коза за подаване на абразивната суспензия в зоната за полиране.

Полирането може да бъде:

- механични, които възникват главно поради микроразрязване от абразивни зърна, пластични деформации и изглаждане;

- химико-механични, при които отстраняването на материала от третираната повърхност се извършва главно поради механичното отстраняване на меки филми, образувани в резултат на химични реакции. За химико-механично полиране е необходима малко по-голяма сила на притискане на детайла към полиращата подложка, отколкото за механично полиране. Схемата на полуавтоматично устройство за едностранно полиране на полупроводникови пластини е показано на фиг. 1.8. Таблица 4, върху който се поставя подвижна полираща машина 8, се върти с честота 87 ± 10 об / мин от електродвигателя 7 чрез предаване с клиновиден ремък 6 и двустепенна скоростна кутия 5.

Фигура 1.7 - Появата на шлифовъчното колело

Фигура 1.8 - Схема на полуавтоматично едностранно полиране на плочи.

В горната част на леглото на машината има четири пневматични цилиндъра, на прътите 2 от които притискащите дискове са шарнирни 3. Пневматичните цилиндри извършват повдигане, спускане и необходимото притискане на плочите към полиращата подложка. Въртящото се закрепване на притискащите дискове със залепените към тях плочи позволява те да прилягат плътно (саморегулиращи се) към полиращата подложка и да се въртят около собствените си оси, осигурявайки сложно движение на полираните плочи. Машината позволява обработка на плочи с диаметър до 100 mm и осигурява грапавостта на обработваната повърхност според четиринадесети клас.

Скосяването на ръбовете на полупроводниковите пластини се извършва за постигане на няколко цели. Първо, за отстраняване на стружки по острите ръбове на плочите, които се получават по време на рязане и шлайфане. На второ място, за да се предотврати възможното образуване на чипове в процеса на извършване на операции, пряко свързани с формирането на инструментални структури. Както е известно, чиповете могат да служат като източници на структурни дефекти в плочите по време на високотемпературни обработки и могат да бъдат причина за разрушаването на плочите. Трето, за да се предотврати образуването на дебели слоеве от технологични течности (фоторезисти, лакове) по краищата на плочите, които след втвърдяване нарушават плоскостта на повърхността. Същите удебеления по ръбовете на плочите възникват, когато върху повърхността им се отлагат слоеве от полупроводникови материали и диелектрици.

Образуването на фаски се извършва механично (чрез шлайфане и полиране), химично или плазмохимично ецване. Плазмохимичното ецване на фаски се основава на факта, че острите ръбове в плазмата се разпръскват с по-висока скорост, отколкото други области на плочите, поради факта, че силата на електрическото поле при острите ръбове е много по-висока. Чрез този метод е възможно да се получи фаска с радиус на кривина не повече от 50-100 микрона. Химическото ецване осигурява по-голям радиус на фаската, но както химическото, така и плазмохимичното ецване не позволяват производството на фаски с различни профили. Освен това ецването е лошо управляван и контролиран процес, което ограничава широкото му индустриално приложение. В производството най-често се използва методът за формиране на фаски с профилно диамантено колело. По този начин могат да се направят фаски с различни форми (фиг. 1.9, a-c). На практика най-често се образуват фаски, чиято форма е показана на фиг. 1.9, а. По време на обработката плочата е фиксирана върху вакуумната маса на машината и се върти около оста си. Скорост на плочата 10-20 rpm, диамантено колело 4000-10000 rpm. Диамантеното колело се притиска към плочата със сила от 0,4-0,7 N. Оста на въртене на кръга се движи спрямо оста на въртене на вакуумната маса, така че полупроводниковите съединения се смилат при налягане 1,5-2,5 пъти по-малко от силиция. По време на процеса на смилане плочите периодично се подлагат на визуална проверка и контрол на дебелината.

Фигура 1.9 - Разновидности на фаски

След механична обработка кристалната решетка на повърхността на полупроводниковите пластини се разрушава, в материала се появяват пукнатини и драскотини и различни примеси. За отстраняване на повреден повърхностен слой на полупроводников материал се използва химическо ецване, което се случва, когато субстратът влезе в контакт с течна или газообразна среда.

Процесът на химическо ецване е химическата реакция на течен ецващ препарат с пластинен материал, за да се образува разтворимо съединение и след това да се отстрани. В технологията за производство на полупроводници химическата обработка обикновено се нарича ецване, а химико-динамичната обработка се нарича полиращо ецване. Извършва се химическо ецване на полупроводникови материали, за да се отстрани повредения слой. Характеризира се с повишена скорост на ецване на места, където кристалната структура е нарушена. При химично-динамичното ецване се отстраняват по-тънки слоеве, тъй като целта му е да създаде гладка повърхност от висок клас на чистота върху плочата. Съставът на ецващото средство е подбран така, че напълно да потисне способността му за селективно ецване. Процесите на химическа обработка са силно зависими от температурата, концентрацията и чистотата на реагентите. Ето защо, когато проектират оборудване за химическа обработка, те се стремят да стабилизират основните параметри на процеса и по този начин да гарантират високо качество на ецване.

Материалите, използвани за производството на работните камери, трябва да са устойчиви на използваните реагенти, а използваните инструменти за автоматизация трябва да бъдат или нечувствителни (например пневматични или хидравлични автомати), или добре защитени от въздействието на агресивни пари на реагентите (в случай на електрически автомати).

Инсталация за химическо ецване на плочи тип PVCO-GK60-1 е показана на фиг. 1.10, а схемата на устройството на работните органи е показана на фиг. 1.11.

Фигура 1.10–Инсталация за химическо ецване на плочи тип PVCO-GK60-1:

Фигура 1.11 - Схема на работните органи на инсталацията PVHO-GK60-1

На работната маса в камерата за прах са монтирани три работни вани 1 -3. Във ваната силициевите пластини се обработват чрез потапяне в студени или горещи киселини или органични разтворители. Капакът на ваната е херметически затворен по време на обработката. Обработката се извършва по групов метод в касети от 40-60 плочи в зависимост от техния размер. От касетната вана 6 прехвърлени във ваната 2 за почистване с дейонизирана вода. Степента на измиване се контролира от устройството чрез разликата в съпротивлението на дейонизираната вода на входа и изхода на ваната. След това във ваната 3 чинии, 10 бр. обработени с четки 4 и се изсушава в центрофуга 5.

Химико-динамичното или полиращо ецване се извършва с помощта на устройство, чиято схема е показана на фиг. 1.12. Същността му се състои в активното смесване на ецващия агент директно върху повърхността на обработваната плоча. Това осигурява бързото отстраняване на реакционните продукти, равномерното подаване на нови порции ецващ агент, неизменността на неговия състав и постоянството на режима на термична обработка.

Във флуоропластичен барабан 2, въртяща се на ос, наклонена спрямо нормалата под ъгъл 15 - 45 °, изсипете порция ецващ препарат 3 . Обработените плочи 4 се залепват върху флуоропластични дискове 5, които се поставят на дъното на барабана с плочите нагоре. Барабанът се задвижва от електродвигател през редуктор със скорост 120 об/мин. В този случай дискове 5 се търкалят по стената му, осигурявайки добро смесване на офорта и създавайки условия за равномерно ецване.

Фигура 1.12 - Схема на монтаж на полиращо ецване

Електрохимичното полиране се използва и за полиране на силиций, което се основава на анодно окисление на полупроводник, придружено от механични ефекти върху оксидния филм.

Качеството на повърхността на обработените плочи се определя от грапавостта и дълбочината на повредения слой. След рязане, шлайфане и полиране плочите се измиват. Състоянието на повърхността на плочите се контролира визуално или под микроскоп. В същото време на повърхността се проверява наличието на драскотини, драскотини, чипове, мръсотия и следи от излагане на химически активни вещества.

Във всички инсталации контролът се извършва от оператора, като се използват например микроскопи от типа MBS-1, MBS-2 (с увеличение 88 x) или MIM-7 (с увеличение 1440 x). Микроскопът MBS-1, благодарение на специално устройство за осветяване, позволява да се наблюдава повърхността в лъчи светлина, падащи под различни ъгли. На микроскоп MIM-7 можете да наблюдавате повърхността в светли и тъмни полета. И двата микроскопа дават възможност за измерване на размера на повърхностните повреди със специално инсталирани окуляри. В инсталациите за визуален контрол на плаки подаването на плаки от касетата към обектната маса под микроскоп и връщането й след контрол към съответната класификационна касета е автоматизирано. Понякога проектори се използват вместо оптичен микроскоп, за да се намали умората на оператора.

Грапавостта на повърхността в съответствие с GOST 2789-73 се оценява чрез средноаритметичното отклонение на профила R a или височината на микрограпавостта R z . GOST установява 14 класа грапавост на повърхността. За 6–12 класа на грапавост основната скала е R a , а за 1–5 и 13–14 - скалата R z . Грапавостта се измерва във визуално определена посока, съответстваща на най-високите стойности на R a и R z .

За измервания се използват стандартни профилографи-профилометри или с помощта на сравнителен микроскоп повърхността на обработената плоча се сравнява визуално със стандарта. Модерният профилограф-профилометър е универсално високочувствително електромеханично сондиращо устройство, предназначено за измерване на вълнообразността и грапавостта на метални и неметални повърхности. Принципът на работа на устройството е, че осцилаторните движения на сондуващата игла с радиус на кривина 10 μm предизвикват промени в напрежението, които се записват от четящо устройство. Устройството разполага и със записващ механизъм и може да произвежда профилограма на повърхността. За безконтактни измервания се използват микроинтерферометри MII-4 и MII-11 с граници на измерване R z - 0,005–1 μm, както и атомно-силови микроскопи.

Дебелината на слоя, в който е нарушена кристалната решетка на полупроводника в резултат на механична обработка, е един от критериите за качество на обработената повърхност на пластината. Дебелината на повредения слой зависи от размера на зърното на абразивния прах, използван за обработка, и може да се определи приблизително по формулата:

з=К∙d, (1.1)

където d е размерът на зърното; ДА СЕ- емпиричен коефициент ( К=1,7 за Si; К=2,2 за Ge).

Дебелината на повредения слой се определя само в процеса на отстраняване на грешки в технологията за обработка на плочите. Най-простият и удобен метод за определяне на дебелината на увредения слой е визуалната проверка под микроскоп на повърхността след селективно ецване.

За контрол на дебелината, неравнинността, непаралелността и деформацията на плочите се използват стандартни измервателни уреди, като циферблатни индикатори или други подобни лостово-механични устройства със стойност на делението 0,001 mm. Напоследък все повече се използват безконтактни пневматични или капацитивни сензори за контрол на геометричните параметри на плочите. С тяхна помощ можете бързо да правите измервания, без да излагате плочата на риск от замърсяване или механични повреди.

Ключови думи

силиконова пластина/ повреден слой / Оже електрони / дълбочина на нарушенията/ силиконова пластина / разрушен слой / Оже електрон / дълбочина на разрушаване

анотация научна статия за нанотехнологиите, автор на научна работа - Виталий Александрович Солодуха, А. И. Белоус, Г. Г. Чигир

Предложен метод за измерване дълбочини на смутенитеслой на повърхността силициеви пластини, базиран на използването на Оже спектрометър с прецизно разпръскване на силициеви повърхностни слоеве и регистриране на интензитета на добива на Оже електрони. За измерване дълбочини на смутенитеслой с помощта на Оже-спектроскопия, зависимостта на броя на появяващите се Оже-електрони от времето (профила) на разпрашаване се премахва и след това тази зависимост се анализира. Количеството силиций в увредения слой е по-малко, отколкото в обема. С увеличаване на дълбочината увреденият слой намалява, което съответства на увеличаване на плътността на атомите в един слой. Същността на метода се състои в това, че повреденият слой се отстранява чрез разпрашаване с йонен лъч и интерфейсът се открива чрез запис на интензитета на изхода на оже-електрони от разпръснатата повърхност, докато достигне стойност, равна на интензитета на изхода на оже-електрони за монокристален силиций. Регистрирането на интензитета на изхода на Auger електрони от силициевата повърхност при отстраняване на повърхностните слоеве силиций прави възможно ефективното контролиране на наличието на повреден слойвърху повърхност силиконова пластина. Освен това локалността на контрола в дълбочина поради особеностите на метода на Оже-спектроскопията е около 1,0 nm. Интензитетът на изхода на Оже-електроните се определя автоматично на Оже-спектрометъра и като разстояние повреден слойпостепенно се увеличава. Дълбочината на нарушенотослой се определя чрез измерване на височината на стъпалото, образувано в резултат на отстраняването повреден слойот повърхността силиконова пластина. Методът Оже спектроскопия осигурява ефективен контрол на дълбочината на повърхностните повреди на етапите на производство силициеви пластинии интегрални схеми. диапазон на измерване дълбочина на нарушенията 0,001–1,000 µm.

Свързани теми научни статии по нанотехнологии, автор на научна работа - Виталий Александрович Солодуха, А. И. Белоус, Г. Г. Чигир

• Изчисляване на вероятността за генериране на повърхностни възбуждания от електрони, отразени от повърхността на Si

  2014 / Игуменов Александър Юриевич, Паршин Анатолий Сергеевич, Михлин Юрий Леонидович, Пчеляков Олег Петрович, Никифоров Александър Иванович, Тимофеев Вячеслав Алексеевич

• Използването на атомно-силова микроскопия за оценка на качеството на почистване и трибометрични свойства на повърхността на силициеви пластини

  2019 / Михеев Игор Дмитриевич, Вахитов Фаат Хасанович

• Структурен анализ на силициеви слоеве, имплантирани с въглерод

  2010 г. / Бейсенханов Н. Б.

• Прилагане на методи за селективно ецване на силиций за оценка на качеството на пластините при производството на микромеханични сензори

  2018 / Абдулин Фархад Анвярович, Пауткин Валери Евгениевич, Печерская Екатерина Анатолиевна, Печерски Анатолий Вадимович

• Влияние на модификацията на повърхностните слоеве на титанов никелид от силиций при условия на плазмено-потапяща обработка върху неговата устойчивост на корозия в хлорид-съдържаща среда

  2015 г. / Коршунов Андрей Владимирович, Лотков Александър Иванович, Кашин Олег Александрович, Абрамова Полина Владимировна, Борисов Дмитрий Петрович

• Характеристики на електрохимично отлагане на никел в мезопорест силиций

  2012 / Dolgiy A.L., Prishchepa S.L., Петрович V.A., Бондаренко V.P.

• Изследване на силициева повърхност, гравирана в разтвор на калиев хидроксид

  2018 / Пауткин В.Е., Абдулин Ф.А., Вергазов И.Р., Мишанин А.Е.

• Термично оксидиране и производство на контакти към 6H-SiC

  2009 / Рябинина И. А., Рембеза С. И., Рембеза Е. С.

• Nexafs и xps изследвания на порест силиций

  2018 / Некипелов С.В., Ломов А.А., Мингалева А.Е., Петрова О.В., Сивков Д.В., Шомисов Н.Н., Шустова Е.Н., Сивков В.Н.

• Характеризиране на електрофизичните свойства на интерфейса силиций-силициев диоксид с помощта на електрометрични методи на сондата

  2017 / Пилипенко В.А., Солодуха В.А., Филипеня В.А., Воробей Р.И., Гусев О.К., Жарин А.Л., Пантелеев К.В., Свистун А.И., Тявловски А.К., Тявловски К.Л.

Измерване на дълбочината на разрушения слой върху повърхността на силиконова пластина с помощта на метода на Auger Spectroscopy

Документът предлага метод за измерване на дълбочината на разрушен слой върху повърхността на силициева пластина, който се основава на прилагане на Оже-спектроскопия с прецизно разпръскване на повърхностни силициеви слоеве и регистриране на интензитета на добива на Оже-електрони. За да се измери разрушеният слой с помощта на Оже-спектроскопия, е необходимо да се определи зависимостта на количеството освободен Оже-електрон от времето на разпрашаване (профил) и след това зависимостта се анализира. Количеството силиций в разрушения слой е по-малко, отколкото в обема. Докато навлизате по-дълбоко, разрушителният слой намалява, което съответства на увеличаване на атомната плътност в един слой. Същността на метода се състои в това, че разрушителният слой се премества чрез разпрашаване с йонен лъч и откриването на интерфейсната област се извършва с помощта на регистрация на интензитета на добива на електрони на Оже от разпръснатата повърхност до момента, в който достигне стойността, равна на интензитета на добива на електрони на Оже за монокристален силиций. Докато се премахват повърхностните силициеви слоеве, регистрирането на интензитета на добива на електрони на Auger от силициевата повърхност прави възможно ефективното контролиране на присъствието на разрушения слой върху повърхността на силициевата пластина. В този случай локалността на контрола на дълбочината е около 1,0 nm поради някои особености на метода на Оже-спектроскопията. Интензитетът на добива на Оже електрони се определя автоматично при използване на Оже спектрометър и докато се отстранява разрушеният слой, интензитетът постепенно се увеличава. Дълбочината на разрушения слой се определя чрез измерване на височината на стъпалото, което се е образувало в резултат на отстраняването на разрушения слой от повърхността на силиконовата пластина. Методите на шнековата спектроскопия осигуряват ефективен контрол на повърхността на дълбочината на етапите на производство на силициеви пластини и интегрални схеми. Диапазонът на измерване на дълбочината на смущенията е 0,001–1,000 um.

Текстът на научната работа на тема "Измерване на дълбочината на увредения слой върху повърхността на силициеви пластини чрез Оже спектроскопия"

DOI: 10.21122/2227-1031-2016-15-4-329-334 UDC 621.382.049.774.004.58

Измерване на дълбочината на нарушения слой

върху повърхността на силициеви пластини чрез Оже спектроскопия

V. A. Solodukha1*, член-кор Национална академия на науките на Беларус, д-р. техн. науки, проф. А. И. Белоус1*, д-р. техн. н. Г. Г. Чигир1*

1) АД "Интеграл" - управляващото дружество на холдинга "Интеграл" (Минск, Република Беларус)

© Беларуски национален технически университет, 2016 Беларуски национален технически университет, 2016

Резюме. Предложен е метод за измерване на дълбочината на повреден слой върху повърхността на силициеви пластини, базиран на използването на Оже-спектрометър с прецизно разпръскване на повърхностните слоеве на силиций и записване на интензитета на добива на Оже-електрони. За измерване на дълбочината на повредения слой с помощта на Оже-спектроскопия се премахва зависимостта на броя на появяващите се Оже-електрони от времето (профила) на разпрашаване и след това тази зависимост се анализира. Количеството силиций в повредения слой е по-малко, отколкото в обема. Когато слоят се задълбочи, увреденият слой намалява, което съответства на увеличаване на плътността на атомите в един слой. Същността на метода се състои в това, че повреденият слой се отстранява чрез разпрашаване с йонен лъч и интерфейсът се открива чрез запис на интензитета на изхода на оже-електрони от разпръснатата повърхност, докато достигне стойност, равна на интензитета на изхода на оже-електрони за монокристален силиций. Регистрирането на интензитета на излизането на Auger електроните от силициевата повърхност по време на отстраняването на силициевите повърхностни слоеве прави възможно ефективното контролиране на наличието на повреден слой върху повърхността на силиконова пластина. Освен това локалността на контрола в дълбочина поради особеностите на метода на Оже-спектроскопията е около 1,0 nm. Интензитетът на добива на Оже електрони се определя автоматично от Оже спектрометъра и с отстраняването на повредения слой постепенно се увеличава. Дълбочината на повредения слой се определя чрез измерване на височината на стъпалото, образувано от отстраняването на повредения слой от повърхността на силиконовата пластина. Оже спектроскопията осигурява ефективен контрол на дълбочината на повърхностните повреди на етапите на производство на силициеви пластини и интегрални схеми. Диапазонът на измерване на дълбочината на смущенията е 0,001-1,000 µm.

Ключови думи: силиконова пластина, повреден слой, Оже електрони, дълбочина на увреждане

За цитиране: Solodukha, V. A., Belousa, A. I., Chigir, G. G. Измерване на дълбочината на увредения слой върху повърхността на силициеви пластини чрез Auger спектроскопия // Наука и технологии. 2016. Т. 15, № 4. С. 329-334

Измерване на дълбочината на разрушен слой

върху повърхността на силиконова пластина, използвайки метода на Auger Spectroscopy

В. А. Солодуха1*, А. И. Белойс1*, Г. Г. Чихир1*

1) АД "Интеграл" - холдингова управляваща компания "Интеграл" (Минск, Република Беларус)

абстрактно. Документът предлага метод за измерване на дълбочината на разрушен слой върху повърхността на силициева пластина, който се основава на прилагане на Оже-спектроскопия с прецизно разпръскване на повърхностни силициеви слоеве и регистриране на интензитета на добива на Оже-електрони. За да се измери разрушеният слой с помощта на Оже-спектроскопия, е необходимо да се определи зависимостта на количеството освободен Оже-електрон от времето на разпрашаване (профил) и след това зависимостта се анализира. Количеството силиций в разрушения слой е по-малко, отколкото в обема. Докато навлизате по-дълбоко, разрушителният слой намалява, което съответства на увеличаване на атомната плътност в един слой. Същността на метода се състои в това, че разрушителният слой се отстранява чрез разпрашаване с йонен лъч и откриването на интерфейсната област се извършва с помощта на регистрация на Auger

адрес за кореспонденция

Солодуха Виталий Александрович

ОАО "Интеграл" - управляващото дружество на холдинга "Интеграл" ул. Казинца, 121а,

220108, Минск, Република Беларус Тел.: +375 17 212-32-32 [имейл защитен]

адрес за кореспонденция

Солодуха Виталий А.

АД "Интеграл" - холдингово управляващо дружество "Интеграл" ул. Казинца 121а,

220108, Минск, Република Беларус Тел.: +375 17 212-32-32 [имейл защитен]

Науката и технологиите. Т. 15,

интензитет на добив на електрони от разпръснатата повърхност до момента, в който достигне стойността, която е равна на интензитета на добив на електрони на Оже за монокристален силиций. Докато се премахват повърхностните силициеви слоеве, регистрирането на интензитета на добива на електрони на Auger от силициевата повърхност прави възможно ефективното контролиране на присъствието на разрушения слой върху повърхността на силициевата пластина. В този случай локалността на контрола на дълбочината е около 1,0 nm поради някои особености на метода на Оже-спектроскопията. Интензитетът на добива на Оже електрони се определя автоматично при използване на Оже спектрометър и докато се отстранява разрушеният слой, интензитетът постепенно се увеличава. Дълбочината на разрушения слой се определя чрез измерване на височината на стъпалото, което се е образувало в резултат на отстраняването на разрушения слой от повърхността на силиконовата пластина. Методите на шнековата спектроскопия осигуряват ефективен контрол на дълбочината на повърхностните смущения на етапите на производство на силициеви пластини и интегрални схеми. Диапазонът на измерване на дълбочината на смущенията е 0,001-1,000 um.

Ключови думи: силициева пластина, разрушен слой, Оже електрон, дълбочина на разрушаване

За цитиране: Solodukha V. A., Beloys A. I., Chyhir G. G. (2016) Измерване на дълбочината на разрушен слой върху повърхността на силиконова пластина с помощта на метода на Auger Spectroscopy. наука и технологии. 15 (4), 329-334 (на руски)

Въведение

Основната тенденция в развитието на съвременната микроелектроника е постоянното и бързо намаляване на стандартите за проектиране. Интензивният преход към субмикронни технологии за производство на микрочипове (МС) води до повишени изисквания към използваните материали. Следователно, формирането на силициеви пластини с подобрени свойства в тънък приповърхностен слой става уместно. Дълбочината на повърхностното увреждане (дълбочината на увредения слой) на силициевите пластини е техният най-важен параметър, който трябва да се контролира при производството на MS. Повърхностното увреждане възниква както в резултат на механични въздействия на етапа на производство на плочи, така и в резултат на радиационни процеси, по-специално по време на йонна имплантация на добавка. Познаването на дълбочината на повредения слой позволява оптимизиране на процесите на обработка на силиций и избор на най-добрия, което от своя страна увеличава добива и намалява консумацията на материали.

Съществуват голям брой методи за наблюдение и определяне на параметрите на повреден слой. Въпреки това, няма универсални методи за наблюдение на дълбочината на увредения слой, неговите отделни композитни зони и дефекти в силициевата кристална решетка. Процесът на изследване на дълбочината на повреден слой от силициеви пластини се състои от няколко етапа, включително използването на методи, които са чувствителни към дефекти в кристалната структура, както и методи за послойно отстраняване на тези нарушения. Големи нарушения, например след рязане на слитък на плочи, където дълбочината на повредения слой е десетки микрони, могат да бъдат измерени с относително прости методи.

дами с достатъчна точност. Повреденият слой след смилане е 1-5 микрона и измерванията му вече не са толкова еднозначни. В тези случаи трябва да се използват по-съвременни методи с по-висока резолюция. За да се контролира дълбочината на увредения слой на силициевите пластини след полиране (по-малко от 0,5 μm), практически няма количествени методи за оценката му. Известните съвременни методи са много трудоемки и не са подходящи за промишлена употреба. Обектът на изследването беше повреден слой върху повърхността на силициеви пластини, предназначени за производството на субмикронни микросхеми. Целта на работата е да се разработи ефективен метод за контрол на дълбочината на увредения слой на силициеви пластини след химико-механично полиране с помощта на съвременни аналитични средства.

Физически основи и същност на метода

Предложен е нов метод за количествен контрол на дълбочината на увредения слой на силициеви пластини след полиране за производство на субмикронни MS. Методът се основава на използването на Оже-спектроскопия с прецизно разпръскване на силициеви повърхностни слоеве и регистриране на интензитета на излизане на Оже-електрони от повърхността на пластината. За измерване на дълбочината на увредения слой с помощта на Оже-спектроскопия се взема зависимостта на броя на появяващите се Оже-електрони от времето (профила) на разпрашаване и след това тази зависимост се анализира (фиг. 1). Количеството силиций в увредения слой е по-малко, отколкото в обема. Когато слоят се задълбочи, увреденият слой намалява, което съответства на увеличаване на плътността на атомите в един слой. На графиките на фиг. 1 това съответства на плавен изход към платото.

и технология. Том 15, № 4 (2016)

4500000 4000000 3500000 3000000 2500000 2000000 1500000 1000000 500000 0

3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 Време, мин.

Ориз. 1. Зависимост на броя изх

Оже електрони от времето за пръскане за плочи след полиране (1) и шлайфане (2)

Фиг. 1. Зависимост на количеството освободени оже електрони от времето за разпрашаване на пластини след полиране (1) и шлайфане (2)

Същността на метода се състои в това, че повреденият слой се отстранява чрез разпрашаване с йонен лъч, а интерфейсът се открива чрез запис на интензитета на изхода на Оже-електрони от разпръснатата повърхност, докато достигне стойност, равна на интензитета на изхода на Оже-електрони за монокристален силиций. Дълбочината на увредения слой се определя чрез измерване на височината на стъпалото, образувано в резултат на отстраняването на увредения слой от повърхността на силиконовата пластина.

Регистрирането на интензитета на излизането на Auger електроните от силициевата повърхност по време на отстраняването на силициевите повърхностни слоеве прави възможно ефективното контролиране на наличието на повреден слой върху повърхността на силиконова пластина. Освен това локалността на контрола в дълбочина (осредняване на дълбочината) поради особеностите на метода на Оже-спектроскопията е около 1,0 nm. Интензитетът на добива на Оже електрони се определя автоматично от Оже спектрометъра и с отстраняването на повредения слой постепенно се увеличава. След отстраняване на повредения слой изходният интензитет достига максимална стойност, равна на стойността за монокристален силиций (силиций без повреден слой) с грешка в дълбочината, която не надвишава ±1,0 nm. По-нататъшното отстраняване на повърхностните слоеве на силиций се спира. Така върху повърхността на пробата се образува стъпка: началната повърхност е разположена в горната й част.

■■ Наука

ИТ техника. Том 15, № 4 (2016)

анализираната силиконова пластина с нарушен слой, а на дъното - повърхността с отстранен счупен слой. Стойността на тази стъпка е равна на дълбочината на нарушения слой.

Използването на метода Оже-спектроскопия за определяне на дълбочината на повредения слой на силициевите пластини се дължи на две обстоятелства:

Възможност за последователно отстраняване на тънки, до моноатомни слоеве;

Добивът на Оже електрони зависи от количеството (плътността) на анализирания материал на повърхността. Тъй като има много дефекти в повредения слой, неговата плътност ще бъде по-малка от тази на монокристален материал и, следователно, броят на изходящите Оже електрони ще бъде по-малък.

Дълбочината на повредения слой се определя чрез стъпката на профилометъра след пълното отстраняване на повредения слой чрез пръскане. Добивът на монокристален силиций се определя, както следва. Изходният интензитет на Auger електроните се наблюдава след всяка стъпка на разпрашаване. Когато добивът на електрони не се променя с повече от един процент в три стъпки, разпрашването се спира, пробата се изважда от камерата на спектрометъра и дълбочината на кратера се измерва на профилометър. Профилометърът Ta1y81er, който е използван в работата, има максимално вертикално увеличение от 2 000 000 пъти. При това увеличение минималната стойност на разделението е 0,5 nm/mm. Изображението на реална стъпка с размер 100 nm върху диаграмната лента на записващото устройство за профилометър е показано на фиг. 2. Тази стъпка е измерена при увеличение от 200 000 пъти и нейният размер върху лентата на профилометъра е 20 mm. Тези данни ясно илюстрират възможностите на профилометъра.

- "" G """ - ■ li - I .. 1 "" "

P4..

L.:F [-■■ T""" Z"Z _ 1_. r4

SCH -. 1..... --- . 10 nm 1-- (. - -j -"

Ориз. 2. Стъпка на профила върху лентата на диаграмата на профилиращия инструмент

Фиг. 2. Стъпков профил върху диаграма на профилометър

Оже спектрометърът RN1-660 ви позволява да променяте скоростта на разпръскване в много широк диапазон: от десети от нанометъра на минута до 100 nm/min. Следователно, ако дълбочината на повредения слой е малка, чрез промяна на скоростта на разпрашаване могат да бъдат открити разлики в методите на равномерно химично-динамично полиране.

Метрологични характеристики на метода

За да се определи произволният компонент на измерванията на дълбочината на кратера, беше извършена серия от измервания на една проба с дълбочина на кратера от около 50 nm. Увеличението на профилометъра беше настроено на 1 000 000 пъти. Стойността на стандартното отклонение на резултатите от измерването не надвишава 1,00 nm. Поради тази причина случайният компонент на грешката на едно измерване при ниво на достоверност от 0,95 не надвишава 4,00%. Тъй като дълбочината на повредения слой намалява, грешката се увеличава. Въпреки това, методът дава възможност да се определи дълбочината на увредения слой, започвайки от 1,00 nm. Дълбочината на повредения слой върху полирана силиконова пластина практически не може да бъде по-малка, тъй като във въздуха бързо се образува филм от естествен силициев оксид с дебелина 1,00-2,00 nm, който също се включва в повредения слой.

Дълбочината на повредения слой може да се определи от известната скорост на пръскане. За да направите това, е необходимо предварително да изберете оптималните режими на разпрашаване на пробата, да определите скоростта на разпрашаване за този режим и след това да използвате фиксирани режими на разпрашаване и стойността на стойността на скоростта. Нормата на пръскане може да се определи по два начина:

Чрез пръскане на слой с известна дебелина. Например, дебелината на слоя силициев диоксид може да се определи доста точно чрез елипсометрия. Като се има предвид, че скоростта на разпръскване на силициевия диоксид е практически същата като тази на силиция, а интерфейсът "силиций-силициев диоксид" е уверено определен на Auger спектрометър, скоростта на разпрашаване в този случай се намира доста точно;

Чрез многократно разпръскване на силиконова пластина, измерване на дълбочината на стъпките на профилометър и изчисляване на скоростта на разпрашаване чрез статистическа обработка на данни.

Оказва се, че няма нужда постоянно да използвате профилометър за измерване

дълбочината на нарушения слой. Достатъчно е да настроите Auger спектрометъра на известна скорост на разпрашаване и след като определите времето за достигане на монокристален силиций от взетия профил, изчислете дълбочината на повредения слой.

За да се определи оптималната скорост на пръскане, бяха проведени редица експерименти. По време на тестовете параметрите на електронната пушка са варирани: ток на йонен лъч, растер (размах), ъгъл на наклон на образеца. В резултат на това беше избрана скорост на разпръскване от 2.2 nm/min. В този случай режимите на разпрашване са следните: растер 3x3 mm2, ускоряващо напрежение 3,5 kV, ток на йонния лъч 30 nA, ъгъл между йонния лъч и повърхността на пробата 10°.

Предложеният количествен контрол на дълбочината на увредения слой има следните характеристики: обхватът на измерване на дълбочината на увредения слой е 0.001-1.000 µm, разделителната способност на дълбочината е до 1.000 nm. Този метод може да се използва в комбинация със сканираща сондова микроскопия.

Експериментални резултати

и дискусия

Зависимостите на добива на Оже-електрони от времето на разпрашаване за две силициеви пластини, произведени в различни фабрики и с различни режими на повърхностна обработка, са показани на фиг. 3.

Време за пръскане, мин

Ориз. Фиг. 3. Зависимост на броя на Оже-електроните от времето на разпрашаване на плочи № 1, 2 след различни режими на довършително полиране: № 1 - плочата е изработена в чуждестранно предприятие; No2 - същото в Беларус

Фиг. 3. Зависимост на количеството оже-електрони от времето на разпрашаване за пластини № 1, 2 след различни режими на окончателно полиране: № 1 - пластина, произведена в чуждестранно предприятие; № 2 - вафла, произведена в Република Беларус

и технология. Том 15, № 4 (2016)

Анализ на данни фиг. 3 показва, че дълбочината на повредения слой не отразява напълно качеството на подготовката на повърхността. Времето за достигане на монокристален силиций за пластини № 1, 2 е същото и е 1,75 минути. Това означава, че дълбочината на увредения слой за двете плочи е еднаква и е равна на 3,80 nm. Оказва се, че практически няма разлика между плочите по отношение на дълбочината на нарушения слой. От данните на фиг. 3 следва, че счупените слоеве на плочите са различни. В областта на увредения слой за плоча № 1 интензитетът на изхода на електрони на Оже е значително по-висок и може да се приеме, че е по-съвършен в сравнение с плоча № 2. Поради тази причина се предлага допълнително да се оцени качеството на подготовка на повърхността по площта над получената крива на профила на пръскане. Препоръчително е предварително да преобразувате броя на изходящите Оже електрони в относителна стойност. За да направите това, е необходимо да разделите измерения брой Оже електрони на броя Оже електрони, излизащи от монокристален силиций, и след това да изчислите площта. След извършване на изчисленията се оказва, че за плоча № 1 площта над получената крива на профила на пръскане е 0,191 m2, а за плоча № 2 - 0,323 m2. Може да се заключи, че качеството на повърхността на вафла № 1 е по-добро от вафла № 2. Сравнението на добива на добри субмикронни микросхеми показва, че добивът на добри микросхеми на вафли от група № 1 е по-висок, отколкото на вафли от група № 2, което се дължи на разликата в качеството на подготовка на повърхността на вафлите.

Използването на Оже-спектроскопия за измерване на дълбочината на увредения слой на силициеви пластини след смилане и особено след нарязване е неподходящо по няколко причини: първо, необходимо е рязко да се увеличат скоростта и времето на разпрашване; второ, има методи за контролиране на дълбочината на нарушения повърхностен слой след рязане и смилане, които са по-малко трудоемки и доста точни. Определянето на разсейването на дълбочината на повредения слой от пластина до пластина за различни производители на пластини показа, че минималната стойност на дълбочината на повредения слой за полирани пластини е 3 nm, а максималната стойност не надвишава 100 nm.

■■ Наука

ИТ техника. Том 15, № 4 (2016)

1. Предложен е метод за измерване на дълбочината на повреден слой върху повърхността на силициеви пластини, базиран на използването на Оже-спектрометър с прецизно йонно разпрашване на повърхностните слоеве на силиций и регистриране на интензитета на добива на Оже-електрони. Диапазонът на измерване на дълбочината на смущенията е 0,001-1,000 µm. Разделителна способност на дълбочината 1000 nm.

2. При равни дълбочини на увредения слой се предлага да се оцени качеството на подготовката на повърхността на силиконова пластина по площта над получената крива на профила на пръскане.

3. Методът е ефективен при оптимизиране на процесите на довършителна подготовка на повърхността на силициеви пластини в микроелектронното производство, избор на оптимални технологични процеси и спомага за намаляване на разхода на технологични материали.

ЛИТЕРАТУРА

1. Методи за наблюдение на повредени слоеве при механична обработка на монокристали / А. И. Татаренков [и др.]. М.: Енергия, 1978. 64 с.

2. Луфт, Б. Д. Физични и химични методи за повърхностна обработка на полупроводници / Б. Д. Луфт. М.: Радио и комуникация, 1982. С. 16-18.

3. Метод за изпитване за измерване на дълбочината на кристално увреждане на механично обработена повърхност на силицинов срез чрез полиране под ъгъл и ецване на дефекти: Стандарт SEMI MF950-1106 // Годишна книга на стандарта ASTM. САЩ: Американско дружество за изпитване и материали, 1999 г. Том. 10.05: Електроника II (Електроизолация и електроника). С. 315.

4. Химическа обработка в технологията IMS / V. P. Vasilevich [et al.]. Полоцк: ПГУ, 2001, стр. 174-185.

5. Берченко, Н. Н. Методи за електронна и йонна спектроскопия за изследване на повърхността и интерфейсите в полупроводниковата електроника. Част 1 / Н. Н. Берченко, Н. Р. Айгина // Чуждестранна електронна техника. 1986. № 9 (304). 86 стр.

6. Берченко, Н. Н. Методи за електронна и йонна спектроскопия за изследване на повърхността и интерфейсите в полупроводниковата електроника. Част 2 / Н. Н. Берченко, Н. Р. Айгина // Чуждестранна електронна техника. 1986. № 10 (305). 85 стр.

7. Kholeva, L. D. Методи на електронната спектроскопия за анализ на материали от електронното инженерство / L. D. Kholeva, V. S. Shkirov // Чуждестранна електронна технология. 1979. № 4 (199). стр. 3-33.

8. Метод за измерване на дълбочината на повредения слой върху повърхността на силиконова полупроводникова пластина: Пат. 5907 представител Беларус, IPC C1 H 01 L 21/66 /

Г. Г. Чигир, Л. П. Ануфриев, В. А. Ухов, Л. П. Пенков; дата на публикуване 30.03.2004 г.

9. Измерване на дълбочината на увреждане на повърхността на силициеви пластини чрез Оже-спектроскопия и йонно разпрашване / A. S. Turtsevich [и др.] // Радиационна физика на твърдото тяло: tr. 20-ти стажант. среща, 6-8 юли 2010 г., Севастопол, Украйна. М.: НИИ ПМТ, 2010. Т. 2. С. 556-562.

10. Измерване на дълбочината на повреден слой върху повърхността на силициеви пластини по метода на шнековата спектроскопия / А. Турцевич // Нови електрически и електронни технологии и тяхното индустриално внедряване (NEET 2013): Доклади на 8-ма международна конференция, Закопане, Полша, 18-21 юни 2013 г. Варшава: Pol. акад. на науките, Ин-т. по физика, 2014. С. 17.

11. Анализ на разрушения слой върху повърхността на силициевите пластини, базиран на йонно разпръскване и оже-спектроскопия / V. A. Solodukha // Нови електрически и електронни технологии и тяхното индустриално внедряване: Proc. на 9-ти межд. конф. Закопане, Полша, 23-26 юни 2015 г. Люблин: Технически университет в Люблин, 2015 г. С. 21.

Получено 07.09.2015 Подписано за публикуване 08.11.2015 Публикувано онлайн 28.07.2016

1. Татаренков А. И., Енишерлова К. Л., Русак Т. Ф., Гриднев В. Н. (1978) Методи за контрол на разредени слоеве при механична обработка на монокритали. Москва, Енергия. 64 (на руски).

2. Luft B. D. (1982) Физични и химични методи за обработка на полупроводникова повърхност. Москва, Радио и Связь, 16-18 (на руски).

3. Стандартен SEMI MF950-1106. Метод за изпитване за измерване на дълбочината на кристално увреждане на механично обработена повърхност на силициев срез чрез полиране под ъгъл и ецване на дефекти. Годишна книга на стандарта ASTM, 10.05. Електроника II (Електроизолация и електроника). Американско дружество за тестване и материали, 1999, 315.

4. Василевич В. П., Кисел А. М., Медведева А. Б., Плебанович В. И., Родионов Ю. A. (2001) Химическа обработка в IMS технологията. Полоцк: Полоцки държавен университет, 174-185 (на руски).

5. Berchenko N. N., Aigina N. R. (1986) Методи за електронна и йонна спектроскопия за изследване на повърхности и интерфейси в полупроводниковата електроника. Част 1. Зару-бежная электронная техника, 304 (9). 86 (на руски).

6. Berchenko N. N., Aigina N. R. (1986) Методи за електронна и йонна спектроскопия за изследване на повърхности и интерфейси в полупроводниковата електроника. Част 2. Зару-бежная электронная техника, 305 (10). 85 (на руски).

7. Холева Л. Д., Шкиров В. С. (1979) Методи за електронна спектроскопия за анализ на материали на електронно оборудване. Зарубежная электронная техника , 199 (4), 3-33 (на руски).

8. Чигир Г. Г., Ануфриев Л. П., Ухов В. А., Пенков Л. П. (2004) Метод за измерване на дълбочината на разреден слой върху повърхността на силиконова полупроводникова пластина. Патент на Република Беларус № 5907 (на руски).

9. Турцевич А. С., Шведов С. В., Чигир Г. Г., Ухов В. А. (2010) Измерване на дълбочината на повреда върху повърхността на силиконова плоча при използване на методи на оже спектроскопия и йонно разпрашване. Radiationnaia Fizika Tverdogo Tela: tr. 20-ти Междунар. Совещания. Т. 2. Москва, Изследователски институт за съвременни материали и технологии, 556-562 (на руски).

10. Турцевич (2014) Измерване на дълбочината на повреден слой върху повърхността на силициеви пластини по метода на оже спектроскопията. Нови електрически и електронни технологии и тяхното индустриално внедряване (NEET 2013): сборник с доклади от 8-ма международна конференция, Закопане, Полша, 18-21 юни 2013 г. Варшава: Pol. акад. на науките, Ин-т. по физика, 17.

11. Солодуха В. А., Шведов С. В., Понарядов В. В., Пилипенко В. А., Чихир Р. Р. (2015) Анализ на разрушения слой върху повърхността на силициевите пластини, базиран на йонно разпръскване и оже спектроскопия. Нови електрически и електронни технологии и тяхното промишлено внедряване: учеб. на 9-ти межд. конф. Закопане, Полша, 23-26 юни 2015 г. Люблин: Технически университет в Люблин, 21.

Въведение

Глава 1. Аналитичен преглед на литературата 11

1.1. Обща характеристика на метода на йонна имплантация 11

1.1.1 Теория на обхвата и разпределението на йони в твърди тела 11

1.1.2. Образуване на радиационни дефекти при йонна имплантация 15

1.1.3. Формиране на профили на разпространение на радиационни дефекти

1.2. Ефект на параметрите на протонната имплантация върху микроструктурата, профила на разпределение, механичните и електрическите свойства на силиция

1.2.1. Влияние на протонната енергия 27

1.2.2. Ефект на протонната доза 29

1.2.3. Влияние на постимплантационното отгряване 33

1.2.4. Влияние на различната ориентация на субстратите 38

1.3. Приложение на протонната имплантация в технологията на производство на полупроводникови устройства

1.4. Заключение по глава 1 45

Глава 2. Методи за изследване на структурата на повредени слоеве 46

2.1. Рентгенов дифракционен метод 47

2.1.1. Двукристален рентгенов дифрактометричен метод 48

2.1.2. Трикристален рентгенов дифрактометричен метод 51

2.1.2.1. Дифузно рентгеново разсейване от микродефекти в монокристали

2.1.2.2. TRD профили на интензитет в случай на монокристали с дефекти от кулонов тип

2.2. Рентгенов топографски метод 64

2.3. Метод на трансмисионна електронна микроскопия 66

2.4. Заключение по глава 2 67

Глава 3. Обекти на изследване и методи на експерименти и измервания 68

3.1. Силициеви кристали, имплантирани с различни енергии и дози водородни йони след имплантиране и отгряване

3.2. Техника на облъчване 69

3.3. Конструиране на профилите на разпределение на вградения водород и радиационните дефекти в силиция с помощта на програмата TRIM

3.4. Техника за измерване на профила на съпротивление 72

3.5. Рентгенова техника 73

3.5.1. Идентифициране на повреден слой с помощта на рентгенова топография

3.5.2. Изследване на структурата на йонно-имплантирани слоеве чрез рентгенова дифрактометрия

3.5.3 Метод за определяне на интегралните характеристики на увредения слой

3.5.4. Метод за получаване на профили на деформация от криви на дифракционно отражение

3.5.5. Определяне на параметрите на микродефектите от резултатите от измерването на интензитета на дифузното рентгеново разсейване

3.6. Техника за подготовка на проби за изследване чрез трансмисионна електронна микроскопия

3.7. Становище по глава 3 89

Глава 4 Резултати от цялостно изследване на йонно-имплантирани слоеве и тяхното обсъждане

4.1. Резултати от изследване на влиянието на облъчването върху структурните свойства на силиция

4.1.1. Резултати от изследване на влиянието на дозата и температурата на протонното облъчване върху интегралните характеристики на увредения слой

4.1.2. Резултати от изследване на влиянието на полето на механичните напрежения върху образуването на повреден слой при имплантиране на водородни йони в силиций

4.1.3. Резултатите от изследването на ефекта от постимплантационна топлинна обработка върху процеса на образуване на дефекти

4.1.4. Резултати от определяне на параметри и качествени промени в природата на микродефектите в протонно-имплантирани слоеве на силициеви кристали

4.1.5. Анализ на промените в характеристиките на микродефектите в силициевите кристали, облъчени с протони по време на термична обработка

4.2. Резултати от изследване на възможността за използване на протонна имплантация за коригиране на характеристиките на PIP фотодиодите

4.3. Становище по глава 4 158

Основните резултати и изводи от дисертацията 160

Литература 163

Въведение в работата

През последните десетилетия възможностите на традиционната полупроводникова металургия бяха значително разширени чрез използването на технология за имплантиране на йони, което прави възможно въвеждането на практически всякакви примеси в материала с концентрации, които не са ограничени от границата на разтворимост. Понастоящем основните закономерности на процесите, протичащи с този метод на допинг, са добре проучени, неговите предимства и възможности за използване са идентифицирани, а самата йонна имплантация се превърна в един от основните технологични процеси.

Дълго време практически единственото приложение на йонна имплантация, както в планарни, така и в непланарни технологии, беше въвеждането на добавки в полупроводниците при производството на дискретни устройства и интегрални схеми. През последните години областта на приложение на йонната имплантация се разшири значително.

Уместността на работатасе дължи на бързо развиващите се области на практическо използване на йонната имплантация в съвременните технологии за производство на микроелектронни устройства. По-специално, за контролирано въвеждане на радиационни смущения с цел изолиране на елементите на интегралните схеми, ускоряване на дифузията и стимулиране на електрическата активност на вградените примесни атоми, прецизна настройка и създаване на резистори с високо съпротивление, получаване на аморфни слоеве, получаване на нежелани примеси, контролиране на свойствата на контакт метал-полупроводник и др. Но зад желанието да се получат оптималните параметри на йонно-имплантиран материал, готов за производство на устройство на негова основа, остава в сянка изследването на процесите, протичащи в кристала по време на йонна имплантация, което също е важно за микроелектронните технологии. С липсата на ясно разбиране на механизма на структурните промени в

Близо до повърхностните наситени с дефекти слоеве от йонно-имплантирани структури са свързани с повечето технологични проблеми.

Проучванията, проведени през последните години, показват обещанието за облъчване на силиций с леки йони (водород, хелий) за образуването на така наречените "нарушени" слоеве и области. Характеристика на такива слоеве е наличието в тях на голям брой структурни дефекти, създадени от имплантирането на водородни йони и последващата топлинна обработка. В зависимост от режимите на имплантиране, температурата и времето на отгряване е възможно да се създадат области, наситени с различни видове дефекти: клъстери и натрупвания на точкови дефекти, микропори, газови мехурчета, пълни с водород. Изследването на природата и характеристиките на дефектите, възникващи по време на имплантирането, ще разшири възможностите на метода на йонна имплантация в областта на създаването на нови технологии и контрола на характеристиките на микроелектронните устройства. Информацията за структурата на йонно-имплантирани проби ще позволи да се вземе решение за избора на дози и енергии на йонна имплантация, както и температурата на отгряване, за да се оптимизират свойствата на увредения слой за конкретно практическо приложение. Всичко това прави тази работа актуална.

Целта на тази работабеше да се идентифицират основните закономерности в образуването на дефектната структура на силициевите слоеве, имплантирани с водородни йони при различни условия и нейното развитие по време на топлинна обработка, както и да се проучи възможността за използване на протонна имплантация за модифициране на свойствата на силициевите повърхностни слоеве с цел подобряване на параметрите и увеличаване на добива на подходящи електронни устройства.

За постигането на тези цели беше необходимо да се реши следното основни цели :

1). Определете зависимостта на естеството на образуването на дефекти от условията на имплантиране (енергия и доза);

2). Разберете ролята на външните фактори (температура, механични полета на напрежение) при образуването на дефектна структура по време на имплантиране;

3). Определяне на структурните и електрофизичните характеристики на силициевите слоеве, нарушени от имплантирането на протони, и проследяване на техните промени по време на последваща топлинна обработка;

4). Идентифицира и определя характеристиките на микродефектите, които възникват по време на имплантирането на водородни йони и проследява тяхната еволюция по време на топлинна обработка;

5). Да се ​​разкрият възможностите за използване на свойствата на повредени слоеве, създадени чрез протонна имплантация, за контрол на характеристиките на силициеви електронни устройства.

Научна новостполучените резултати са както следва:

Получени са нови резултати за промени в структурните и електрическите свойства на увредените слоеве силициеви кристали при облъчване с протони с енергия в диапазона от 100 до 500 keV, дози от 10 15 до 2-10 16 cmL

За първи път бяха разкрити особеностите на образуването на повредени слоеве под въздействието на външни фактори, като температура и полета на механични напрежения.

Изследвано е изменението на структурното състояние на силициевите слоеве, имплантирани от протони по време на термична обработка в широк температурен диапазон (100 - 1100C).

За първи път са определени характеристиките на микродефектите, образуващи увредения слой, и са изследвани техните изменения по време на топлинна обработка.

Предложен е модел за еволюцията на микродефекти в слоеве от силициеви кристали, увредени от протонна имплантация (E = 100-500 keV, D = 10 15 -2-10 16 cm*2) по време на термична обработка в температурния диапазон T = 200-1100C.

6. Показана е ефективността на използването на повредени слоеве от силициеви кристали, образувани по време на протонно облъчване и отгряване, за коригиране на характеристиките на силициевите RIP фотодиоди.

Практическо значениерезултати от работата:

Разработена е техника за извършване на измервания и обработка на експериментални данни за определяне на параметрите на увредените слоеве чрез рентгенова дифрактометрия с висока разделителна способност.

Разработен е недеструктивен метод за определяне на природата и характеристиките на микродефекти с различни признаци на дилатация. Техниката, базирана на анализа на асимптотичното дифузно разсейване, позволява да се разшири спектърът на наблюдаваните микродефекти.

Установената роля на външни фактори на йонна имплантация при формирането на дефектна структура трябва да се вземе предвид в технологията за създаване на повредени слоеве.

Резултатите от определянето на характеристиките на микродефекти в силициеви кристали, имплантирани с протони с различни дози и енергии и подложени на термична обработка в широк температурен диапазон, могат да бъдат използвани за създаване на повредени слоеве с оптимални свойства.

Разработен е метод за защита на повърхността на силициевите pin-фотодиоди, който включва облъчване на периферията на p-n преходите с протони и последващо отгряване. Определя се оптималният режим на облъчване и отгряване за този тип устройства, което повишава добива.

Основните разпоредби за защита:

Резултати от определяне на интегралните характеристики на повреден слой от силициеви кристали, облъчен с протони с енергия 150 keV и дози от 2,5 х 10 15 cm" 2 до 2 х 10 16 cm" 2 в температурния диапазон от 50 до 610C.

Резултати от изследване на влиянието на външни фактори на йонна имплантация: дози, температури и полета на механични напрежения върху процеса на образуване на дефектна структура в силициевите кристали.

Резултати от изследванията на структурните и електрическите характеристики на повредени силициеви слоеве, образувани чрез облъчване с протони cE = 200, 300, 100 + 200 + 300 keV, D = 2-10 16 cm" 2 и последваща термична обработка в температурния диапазон от 100 до 900C.

Експериментално установена немонотонна зависимост на интегралните и електрофизичните характеристики на увредения слой от температурата на отгряване.

Модел на еволюцията на радиационни микродефекти в силициеви слоеве, имплантирани с водородни йони (E = 100-500 keV, D = 10 I5 -2-I0 16 cm" 2) по време на термична обработка в температурния диапазон от 200 до 1100C.

Резултати от изследванията на механизма на влияние на структурните и електрофизичните параметри на силициевите повърхностни слоеве, модифицирани чрез протонно облъчване и последващо вакуумно отгряване върху VAC на rip-f oto диоди; режими на оптимална протонна обработка на дифузионни pin-фотодиоди с дълбочина на pn преходите - 3 μm.

Апробация на работата

Основните резултати, представени в дисертацията, бяха докладвани и обсъдени на Научно-техническата конференция на студентите, докторантите и младите специалисти на MGIEM (TU) (Москва, 1998), IX Международна конференция "Радиационна физика на твърдото тяло" (Севастопол, 1999), Втората руска конференция по материалознание и физико-химични основи на технологиите за получаване на легиран силиций Кристали "Силиций -2000" (Москва, 2000 г.), Х международна конференция "Радиационна физика на твърдото тяло" (Севастопол, 2000 г.), Трета международна научно-техническа конференция "Електроника и информатика - XXI век" (Зеленоград, 2000 г.), Трета международна конференция "Водородна обработка на материали" (ВОМ-2011). ) (Донецк - Мариупол, 2001), VI междудържавен семинар "Структурни основи на модификацията

материали, използващи методи на нетрадиционни технологии” (MHT-VI) (Обнинск,

XI Международна конференция "Радиационна физика на твърдото тяло" (Севастопол, 2001 г.), 2-ра Междууниверситетска научна школа за млади специалисти "Концентрирани енергийни потоци в космическата техника, електрониката, екологията и медицината" (Москва, 2001 г.), XII Международна конференция "Радиационна физика на твърдото тяло" (Севастопол, 2002 г.), Конференция по кристален растеж ов, филми и структурни дефекти на силиция "Силиций - 2002" (Новосибирск, 2002), IV Международна научно-техническа конференция "Електроника и информатика - 2002" (Зеленоград,

d.), Третата руска конференция по материалознание и физико-химични основи на технологиите за получаване на легирани силициеви кристали и структурни устройства на тяхна основа "Силиций - 2003" (Москва, 2003 г.).

Работата е наградена с диплома от 1-ва степен като най-добра научна работа, представена на научно-техническата конференция - конкурс на студенти, докторанти и млади специалисти през 1998 г. (MGIEM (TU)).

Публикации

Структура и обхват на дисертационния труд

Дисертацията се състои от увод, четири глави, основни резултати и изводи и списък с използвана литература. Работата е представена на 172 страници машинописен текст, съдържа 58 фигури и 4 таблици. Списъкът с литература включва 101 заглавия.

Теория на пробегите и разпределението на йоните в твърди тела

Образуването на дефекти по време на имплантиране на водородни йони и ефектът на дефектите върху физикохимичните параметри на силиция са сериозен проблем при създаването на кристали с желани свойства. Микродефектите (MD), образувани в резултат на коагулация на точкови дефекти и създаващи около себе си силни полета на еластични изкривявания, водят до допълнителна промяна в свойствата на кристала и тяхната значителна локална нехомогенност. Интересът към изучаването на MD се определя от недостатъчното познаване както на самата природа на MD, механизмите на тяхното образуване, така и на влиянието им върху физичните свойства на кристала и съответно върху основните характеристики на устройствата, базирани на тях.

За да се проучи MD, както и възможността за използване на имплантиране на водородни йони в технологията за производство на полупроводникови структури, е необходимо да се разгледа ефектът на параметрите на протонната имплантация върху свойствата на силиция,

Методът на йонна имплантация е универсален и неспецифичен, позволява въвеждане на йони на различни елементи във всяка мишена в строго контролирани количества, определяне на разпределението на концентрациите по дълбочина чрез последователност от йонни дози с различни енергии; в много случаи такива разпределения просто не могат да бъдат получени с други методи.

Основният процес при имплантиране на йони е проникването на йони в веществото и тяхното забавяне до топлинни скорости. Полученото разпределение в дълбочина на интерстициалните атоми се нарича профил на разпределение, което се различава от крайното разпределение на атомите на примесите, за което често допринасят дифузните процеси. Теорията за забавяне на йони със средна енергия в аморфни тела е разработена от Линдхард, Шаф и Шиот (теорията на LSS). Същността на теорията на LSS накратко се свежда до следното. При бомбардирането на твърди частици от заредени частици решаваща роля играят нееластични сблъсъци със свързани електрони на забавящото вещество (електронно забавяне), при което кинетичната енергия на движещия се йон се изразходва за електронни преходи в атомите, както и за възбуждане на колективни колебания на електрони и еластични сблъсъци с ядра (ядрено забавяне), при което енергията се прехвърля към атомите като цяло. Кой от тези ефекти ще надделее зависи от енергията и масата на ускорените частици и масата и серийния номер на целевия атом.

Според теорията на LSS, разпределението на йонните диапазони се оказва гаусово и се характеризира със средния нормален (прогнозиран) диапазон Rp и корена на средно квадратично (стандартно) отклонение ARP (фиг. 1.1.1). мишена на падащ йон Фиг. 1.1.1. Схематично представяне на общата дължина на цикъла R, нормалния цикъл Rp и стандартното отклонение ARp. Получените йонни траектории са сложни криви и имат статистически характер в аморфно вещество. Общата траектория на йона се нарича свободен път R. Ако масата на йона N\ е много по-голяма от масата на целевия атом М2, тогава отклоненията са малки и йонът се движи почти праволинейно. Следователно дължината на неговия път по траекторията R се различава леко от Rp. Ако Mi M2 и енергията на йона E не е твърде висока, тогава траекторията е криволичеща и Rp е много по-малко от R. Поради статистическия характер на движението на йони, стойностите на Rp и R нямат определена стойност, а се колебаят около средните стойности.

Трябва да се отбележи, че приносът на ядреното забавяне доминира при ниски енергии на имплантиране, докато този на електронното забавяне доминира при високи. Когато кривите на загуба на енергия, дължащи се на ядрено и електронно съпротивление, се сумират, общата загуба на енергия е постоянна в много широк диапазон от енергии на падащи йони. В резултат на това общият йонен път R е приблизително пропорционален на първоначалната енергия на падащия йон.

Най-простият профил на йонно разпределение е нормален, или Гаус, за чието изграждане са необходими само първите два момента - проективният диапазон Rp и стандартното отклонение ARP. Гаусовото разпределение е задоволително приближение до реалните разпределения на примесите в диапазони или дълбочини в случаите, когато тези диапазони са достатъчно симетрични. Това обаче не винаги се прави. Отклоненията от симетрията са особено забележими в случаите на бомбардиране на по-тежки цели с леки йони, при условие че преобладават загубите на електрони.

Могат да се използват различни видове асиметрични профили на разпределение. Класическият метод за конструиране на разпределението на йонните диапазони е разпределението на Pearson IV - разпределение в приближението на четири параметъра: Rp, ARP, асиметрия на разпределението и ексцес p. Този метод е разгледан подробно в. За редица стойности на асиметрия в таблиците на разпределителните функции на Пиърсън се изчисляват в безразмерни единици. Таблиците позволяват лесно да се конструира профилът на разпределение на въведения примес за всякакви известни стойности на Rp, ARp и асиметрия за широк диапазон от мишени, йони и техните енергии.

За да се получи концентрационният профил N(x) на примес, разпределението на Pearson трябва да се умножи по дозата: N(x) = N0-f(x). (1.1.3) Има друг метод за получаване на разпределението на йонните диапазони, който се нарича метод Монте Карло. Идеята на метода е, че някакъв елемент от твърдо тяло се моделира в компютър, задават се законите, според които йонът взаимодейства с атомите, след което „йон“, ускорен до определена енергия, се освобождава върху такова симулирано „твърдо тяло“ на произволно място на повърхността му. С други думи, провежда се компютърен експеримент, при който е възможно да се проследи целият път на йона, включително мястото, където спира. След повтаряне на тази операция много пъти, така че грешките, свързани със средните статистически отклонения, да са малки, разпределението на йоните в дълбочина може да бъде начертано. Съответствието на резултатите от такива машинни експерименти с реалните се определя от правилността на определяне на законите на взаимодействие. Едновременно с изследването на диапазоните на йони по метода на Монте Карло е възможно да се получи такава информация като разпределението на дълбочината на броя на първоначално изместените целеви атоми (концентрация на дефекти). Във всички методи забавянето се разделя на еластични и нееластични компоненти, без да се отчита реалната обвивка на точковата структура на атома, използват се напълно вторични процеси, някои други опростяващи предположения. В резултат на това грешката при изчисляване на средните стойности на Rp и ARP може да достигне 20-25%.

По този начин профилът на разпределение на имплантирани йони в монокристали зависи от множество фактори: посоката на йонния лъч, неговата дивергенция, състоянието на повърхността, съвършенството на кристалната структура и целевата температура, тъй като влияе върху амплитудата на топлинните вибрации и кинетиката на натрупване на радиационни дефекти.

Двукристален рентгенов дифрактометричен метод

Методът се основава на регистриране на ъгловото разпределение на дифракционния лъч от изследваната проба (т.е. на измерване на кривата на отражение на дифракцията), с допълнителен анализ на параметрите на получената крива. Най-информативният и удобен метод за изследване на монокристали е методът за записване на криви на люлеене в геометрията на Брег. Наличието върху кристалната повърхност на слой с различна степен на увреждане влияе по различни начини на параметрите на дифракционните криви (процентно отражение, полуширина, интегрален коефициент на отражение, закон за разпадане на "опашките"). По големината на отклонението на тези параметри, в сравнение с теоретично изчислените за идеална проба, може да се направи заключение за характеристиките на повредения слой, като средната промяна на параметъра на решетката, ефективната дълбочина на повредения слой и да се определят профилите на деформация.

Изследваната проба обикновено се осветява с рентгенов лъч, предварително монохроматизиран чрез отражение от кристала на монохроматора, който остава неподвижен, докато изследваният кристал се върти близо до ъгъла на дифракция. Кривата, характеризираща зависимостта на интензитета на радиацията, отразена от кристала, от ъгъла на въртене, се нарича крива на люлеене или крива на дифракционно отражение (DRC). Характеристики на съвършенството на кристалната структура са следните параметри на кривата на люлеене: интегралният коефициент на отражение R, който се определя като съотношението на общия интензитет, отразен от изследвания кристал, умножен по ъгловата скорост, към интензитета, отразен от кристала на монохроматора; полуширина на люлеещата се крива, т.е. пълна ширина на кривата на половината височина, която определя интервала от ъгли на завъртане, в който интензитетът намалява наполовина от максимума.

Дефектите в кристалите могат да повлияят на посочените характеристики на люлеещите се криви чрез промяна на кривата на отражение на изследвания кристал, т.е. коефициентът на отражение R2 и формата на кривата R(P) се променят. Сравнението на изчислените и експериментални криви на люлеене е основа за оценка на съвършенството на кристалната структура.

Ако изследваният кристал отразява съгласно схемата на Брег, тогава в обичайния случай дислокациите с плътност, по-голяма от 5 104 cm 2, причиняват появата на такива неориентации, които могат лесно да се видят от разширяването на кривата на люлеене. Ако разширяването се дължи само на неправилна ориентация, кривата на люлеене е сборът от отделни криви, изместени една спрямо друга от ъгъла на неправилна ориентация, тъй като при завъртане на кристала различни секции последователно попадат в отразяващата позиция. Това разширение не зависи от ъгъла на Браг. В този случай, тъй като полуширината на люлеещата се крива обикновено е равна на няколко секунди, ако монохроматорът и пробата са перфектни кристали, тогава надеждно се фиксира допълнително разширение от една или няколко секунди. Ако разширяването на кривата на люлеене е причинено от наличието в отразяващия обем на секции с различни стойности на междуравнинни разстояния dj, тогава това зависи от ъгъла на отражение: Db = -(L)tg9. (2.1.4) При достатъчно развита субструктура, когато дислокациите са групирани в плоски мрежи, кривите на люлеене от отделните субзърна могат да бъдат разделени и общата крива на люлеене ще има няколко максимума. Разстоянието между тях е равно на неориентацията около ос, успоредна на оста на въртене на пробата.

Ако размерът на подзърната е по-голям от дебелината на полуабсорбиращия слой, тогава всяко подзърно се отразява независимо от съседните и общата площ на люлеещата се крива, която се състои от няколко максимума, ще бъде същата като за перфектен кристал. Ако техният размер е по-малък от дебелината на полуабсорбционния слой, тогава субзърната, които не са екранирани от субзърната, лежащи над тях, които вече са напълно или частично напуснали отразяващата позиция, също могат да имат значителен принос към общия отразен интензитет. В резултат на това общият обем на разсейване и ъгловият интервал на отражение се увеличават значително, което води до силно увеличение на интегралния коефициент на отражение, който в границата клони към интегралния коефициент на отражение, съответстващ на кинематичната теория.

Въпреки това, методът за записване на криви на дифракционно отражение в двукристална схема има значителен недостатък. Този метод е интегрален, тъй като записаният интензитет се събира от широка област на реципрочното пространство по протежение на участъка на сферата на Евалд. В този случай е невъзможно да се направи разлика между приноса на компонентите на дифракция (кохерентно) и дифузно (некохерентно) разсейване към интензитета на кривата на люлеене. При изследване на тънки слоеве приносът на дифузното разсейване от структурни несъвършенства на увредения слой (групи от радиационни точкови дефекти, частично аморфизирани зони и т.н.) към получения интензитет е голям. Това затруднява еднозначното тълкуване на получените резултати. Разделянето на тези ефекти изисква подробен анализ на разпределението на интензитета в близост до мястото на реципрочната решетка, което може да се приложи на трикристален рентгенов дифрактометър. 2.1.2. Метод на трикристална рентгенова дифрактометрия Възможностите на друг метод на рентгенова дифракция при изследване на структурата на тънки увредени слоеве могат да бъдат значително разширени, ако в дифракционната схема се въведе трети анализаторен кристал, както е показано на фигура 2.1.1.

Целта на този кристал е да анализира ъгловото разпределение на рентгеновите лъчи, отразени от изследвания кристал. На съвършените кристали на анализатора такъв анализ на ъгловото разпределение може да се извърши с точност до части от секундата. Получените криви на люлеене на три кристала отразяват естеството на структурните промени, които са настъпили в близките до повърхността слоеве на кристала, тъй като имат висока чувствителност към вида и характеристиките на дефектите в монокристалите. По този начин е възможно да се прецени типът на дефектите вече въз основа на самия тип профили на интензитет, измерени по метода TRD. Освен това високата разделителна способност на TRD метода позволява извличането на много точна количествена информация за характеристиките на дефектите.

Разликата между метода TRD и конвенционалните трикристални схеми, в които първите два перфектни кристала се използват за колимиране и монохроматизиране на радиацията, падаща върху третия кристал на пробата, е, че изследваната проба действа като втори кристал, а третият (перфектен) анализиращ кристал сканира ъгловото разпределение на радиацията, дифрагирана от втория кристал (фиг. 2.1.1). Кристалът на пробата се отклонява от точното условие на Брег с ъгъл a и кристалът на анализатора се завърта в определен ъглов диапазон близо до точния ъгъл на Брег. Интензитетът на рентгеновите лъчи, регистриран от детектора по време на въртенето на третия кристал, е TRD спектърът. При тази схема на запис спектърът обикновено се състои от три пика, които според установената терминология се наричат ​​основен, псевдо и дифузен пик. Ъгловите позиции на пиковете се определят от законите на кристалното въртене и геометрията на дифракцията.

Конструиране на профилите на разпределение на вградения водород и радиационните дефекти в силиция с помощта на програмата TRIM

Процесите на образуване на дефекти по време на йонна имплантация зависят от много фактори: целевата температура, дозата и енергията на имплантираните йони, тяхната химическа активност, масовото съотношение на йонните и целевите атоми и ориентацията на субстрата. Не винаги е възможно да се вземе предвид влиянието на всички тези фактори. Програмата TRIM (Transport of Ions in Matter) дава възможност да се правят приблизителни оценки на първичните процеси на имплантиране на йони и дава възможност да се визуализира как йонът ще проникне в целта и какви ще бъдат последствията.

Изчисленията на профилите на разпределение на водородните йони и радиационните дефекти в дълбочина, направени с помощта на програмата TRIM, се основават на метода Монте Карло. Същността и точността на този метод са описани в гл. 1, т. 1.1.1, 1.1.3. Програмата TRIM взема предвид само ефекта на енергията върху профила на разпределение на примесните йони, независимо от броя на въведените йони. Следователно, за да се съберат необходимите статистики, при изчисляване на профила на разпределение се избира произволен брой въведени йони. В тази работа, за да се осигури задоволителна точност на изчислението, броят на йоните беше приет равен на 10 000. Разпространението на средните стойности на обхвата, дължащи се на статистическите колебания, присъщи на метода Монте Карло при изчисляване за 10 000 йони с помощта на програмата TRIM, е 1 nm. Този брой йони е равен на дозата на имплантиране, която е зададена като входен параметър на програмата. Средният праг на образуване на дефекти Ej за силиций е 20 eV. Дебелината на целевия слой, в който се изчислява профилът на разпределение, се приема, че е от 2 до 7 μm, в зависимост от енергията на въведените йони. На всеки 2000 частици броят на примесните йони, влизащи в слоя, се преизчислява в концентрацията на йони в този слой (cm 3). След това фракциите на силициевите и примесните атоми се изчисляват по отношение на всички частици в даден слой. По време на следващия цикъл сблъсъците се симулират, като се вземе предвид вероятността за взаимодействие между примесите и матричните атоми.

След прочитане на входните данни и изчисляване на необходимите параметри, програмата преминава към цикъла на падащата частица, по време на който се разглеждат сблъсъците и се определят нови посоки на движение: изчисляват се загубите на енергия по време на сблъсъци, след което се разглежда възможността за образуване на първично ударени атоми (PKA). Отчита се промяната в траекторията на йона поради еластичното взаимодействие с атома и загубата на енергия от йона поради нееластичното взаимодействие с електроните на целевия атом. Процесът се повтаря, докато енергията на йона стане повече от 0,001 от първоначалната. Ако се образува PVA, тогава неговите данни се записват в списък 1. Ако движението на падащата частица спре, тогава програмата преминава от цикъла на падащата частица към каскадния цикъл. Структурата на каскадния цикъл е подобна на структурата на цикъла на падаща частица. Информацията за PVA се прехвърля в списък 2, а информацията за новопопадналите атоми се записва в списък 1. След като програмата приключи работа с атоми от списък 2, списък 1 се обединява с намаления списък 2. Тази процедура се повтаря, докато списък 2 бъде изчерпан. След това, в зависимост от броя на въведените йони, програмата продължава или към цикъла на падащата частица, или показва резултатите от изчислението.

В резултат на изчисления, извършени с помощта на програмата TRIM, бяха получени зависимостите на концентрацията на водородни йони и радиационни дефекти от дълбочината на имплантирания слой при различни енергии на имплантиране в диапазона 100–500 keV и комбинирано облъчване. Програмата предполага, че по време на имплантирането се формират еднакъв брой свободни места и интерстициални атоми (виж глава], раздел 1.1.3), така че получените профили се извеждат спрямо един от типовете точкови дефекти. 3.4. Техника за измерване на профила на съпротивление

Разрезът се извършва под определен ъгъл чрез шлайфане с диамантена паста с размер на зърното не повече от 1 микрон. Изрязаната проба се монтира в шейната на автоматичен модул с една сонда, който осигурява периодично подаване на проба със стъпка, съответстваща на изместване на дълбочината от 1 µm. Постоянен ток преминава през образеца с нискоомни неизправящи токови контакти. На повърхността на пробата се поставя сонда с наклонен разрез, който представлява волфрамова игла с връх със заоблен радиус от около 1 μm. По време на измерванията към резистора, включен във веригата на сондата, се прилага положителен потенциал. Измерената стойност е потенциалът на сондата, който варира в зависимост от местоположението на точката на допир на сондата спрямо ръба на наклонения срез. За измерване на потенциала на сондата използвахме електрометричен усилвател с постоянен ток с входно съпротивление от 10 Ω.

Резултати от изследване на влиянието на дозата и температурата на протонното облъчване върху интегралните характеристики на увредения слой

За да разкрием ефекта на дозата и температурата на протонното облъчване върху характеристиките на увредения слой, ние изследвахме силициеви кристали с дебелина 0,4 mm с повърхностна ориентация (100), имплантирани с водородни йони с енергия 150 keV и дози от 2,5-1015 cm"2. 30C, 320C, 430C, 550C, 610C. Изследванията са проведени с помощта на двукристален рентгенов дифрактометър по бездисперсна схема (фиг. 3.5.2). В резултат на експеримента с рентгенова дифракция, кривите на дифракционно отражение (DRCs), представени на фиг. 4.1.1 - 4.1.3. Според експерименталните DRC, използвайки техниката, описана в раздел 3.5.3, са получени количествените параметри на йонно-имплантираните слоеве: средната ефективна дебелина и средната относителна деформация.

За всички дози на имплантиране на водород в силиций, естеството на записаните криви на дифракционно отражение се променя по отношение на идеалната крива (фиг. 4.1.1 - 4.1.3).Както може да се види, основната разлика между тези криви и кривата, съответстваща на отражение от необлъчен кристал (фиг. 4.1.1), е появата (в допълнение към основния максимум) на допълнително колебание на интензитета, характеризиращо образуването на повреден слой (фиг. 4.1.2, 4.1.3). Във всички случаи кривите са асиметрични и интензитетът е по-голям от страната на ъгли, по-малки от ъгъла на Брег, отколкото от другата страна. За всички посочени дози при температури от 50 до 550C, кохерентните трептения са ясно видими от страната на малки ъгли, характеризиращи деформацията на положителен знак, а пикът от увредения слой е ясно изразен (фиг. 4.1.2 a, b, фиг. 4.1.3, крива b). Може също да се види, че допълнителният интензитет се увеличава с увеличаване на дозата от 2,5 1015 до 2 1016 cm2.

Съгласно метода, описан в раздел 3.5.3, беше съставена програма за изчисляване на интегралните характеристики на повредения слой Leff и Da/a директно от експерименталните DRC за софтуерния пакет MATLAB. Резултатите от изчисляването на интегралните характеристики за всички проби са показани на зависимостите Leff(T), Da/a(T), Leff(B), Aa/a(D) (фиг. 4.1.4, 4.1.5).

Анализирайки температурната зависимост на Leff и Da/a (фиг. 4.1.4 a, b) се вижда, че ефективната дебелина и относителната деформация на увредения слой нарастват, достигайки максимална стойност при температура 430C. Освен това, при доза на облъчване от 2 10 cm ", стойността на Leff се увеличава с коефициент 2,7 с повишаване на температурата на облъчване, докато при по-ниски дози се увеличава с почти коефициент 4. Относителната деформация се увеличава средно с коефициент 1,3 с повишаване на температурата на протонно облъчване от 50C до 430C. С по-нататъшно повишаване на температурата стойностите на Iff и Da/a рязко намаляват .

Очевидно е, че образуването на увреден слой в кристала е причинено от два конкуриращи се процеса на еволюция на първичните радиационни дефекти. След като силициевите атоми бъдат избити от равновесното положение и се образуват интерстициални атоми и ваканции, може да се извърши тяхната рекомбинация, в който случай дефектите изчезват. В друг случай, поради процесите на дифузия, първичните интерстициални атоми и ваканции могат да се отдалечат един от друг и да образуват стабилни радиационни дефекти под формата на двойки, клъстери и др.

Анализът на зависимостта на Leff и Da/a от дозата показва увеличение на стойностите на тези величини с дозата, а най-големите промени в ефективната дебелина и относителната деформация на увредения слой с доза се наблюдават при температури до 140 ° C (най-стръмният наклон на кривата, фиг. 4.1.5 a, b), съответно с 1,8 и 1,3 пъти.

В силиций, облъчен с протони в температурния диапазон 300 - 450C, се образуват плитки водород-съдържащи донори, според . По време на такова високотемпературно имплантиране в силиций, пренаситеният разтвор на имплантирания водород се разлага и взаимодейства с радиационни дефекти и атоми на примеси. Това взаимодействие води до образуването на електрически активни дефекти, които проявяват свойствата на плитки донорни центрове. Структурата и параметрите на тези центрове зависят от концентрацията на водород.

O P: I;. C "À.", 3 и E изображения

съюз на съветските

Sotsmalmstmmeskmh

2 (5l) M. Cl.

Държавен комитет

Съвет на Министерството на културата на СССР по въпросите на Кзоретенки и пощенските картички (43) Публикувано на 25.10.78 г.

Ж. А. Веревкина, В. С. Кулешов, И. С. Суровцев и В. Ф. Синоров (72) Ленин Комсомол (54) МЕТОД ЗА ОПРЕДЕЛЯНЕ НА ДЪЛБОЧИНАТА НА НАРУШЕН СЛОЙ

ПОЛУПРОВОДНИКОВА ПЛОЧА

Изобретението се отнася до производството на полупроводникови устройства.

Известни методи за определяне на дълбочината на увреден слой се основават на промяна във физическите или електрофизичните параметри на полупроводниковия материал по време на последователно механично или химическо отстраняване на увредения слой.

И така, методът на плоскопаралелни (наклонени) разрези с ецване се състои в последователно отстраняване на части от повредения слой, химическо ецване на останалия материал и визуален контрол на следите от пукнатини. 15

Методът на цикличното ецване се основава на разликата в скоростите на ецване на увредения повърхностен слой и обема на полупроводниковия материал и се състои в точно определяне на обема на ецвания материал за определен период от време.

Методът на микротвърдостта се основава на разликата между микротвърдостта на увредения слой и обема на полупроводниковия материал и се състои в послойно химическо ецване на приповърхностните слоеве на материала и измерване на микротвърдостта на останалата част от полупроводниковата пластина.

Методът на инфрачервената микроскопия се основава на различна абсорбция на радиация

IR диапазон от полупроводникови пластини с различна дълбочина на повредения слой и се състои в измерване на интегралното предаване на IR радиация от полупроводникова пластина след всяко химическо отстраняване на слой от материал.

Методът на електронна дифракция за определяне на дълбочината на повреден слой се основава на изготвяне на наклонен участък от полупроводникова пластина и сканиране на електронен Fo лъч II на участъка от повърхността на единичен кристал до точката, от която дифракционната картина не се променя, последвано от измерване на изминатото разстояние.

Въпреки това, в известните методи за контрол, трябва да се отбележи или наличието на скъпо и обемисто оборудване, или

599662 използването на агресивни и токсични реактиви, както и продължителността на резултата.

Известен е метод за определяне на дълбочината на повредения слой в полупроводников S ynastin чрез нагряване на полупроводника, Qrm той се състои в това, че проводниковата плоча с повредения слой се поставя във вакуумна камера пред входния прозорец на екзоелектронния приемник, с който се измерва екзоелектронната емисия от повърхността на полупроводника.

За да се създаде електрическо поле, което дърпа екоелектроните, върху повърхността на полупроводника се поставя решетка, върху която се прилага отрицателно напрежение. Освен това, когато полупроводникът се нагрява от повърхността му, възниква еко-електронна емисия, която може да се измери с помощта на приемник1 и допълнително оборудване (ши (усилвател с еко-кухина и импулсен брояч), докато температурната позиция и интензитетът на пиковете на емисиите се определят от дълбочината на повредения слой. 25

Този метод изисква наличието на вакуумно оборудване и за да се получат емисионни спектри, е необходимо да се създаде разряд в камерата не по-лош от 10 Torr. Създаването на такива условия на SR преди действителния процес на определяне на плътността на увредения слой води до формирането на крайния резултат само чрез

40-60 miE „В допълнение, според този метод е невъзможно едновременно да се определи 35 кристалографската ориентация на полупроводниковата пластина.

Целта на настоящото изобретение е да опрости процеса на определяне на дълбочината на повредения слой, като същевременно се определя кристалографската ориентация на полупроводниковата плоча.

Това се постига чрез факта, че плочата се нагрява от B високочестотен наклон до появата на skeen ефекта и се задържа за 2-5 s, след което дълбочината на повредения слой и ориентацията на монокристалната плоча се определят от средната максимална дължина на следите от ориентирани канали за разпространение и тяхната форма.

Чертежът показва зависимостта на средната максимална площ на следи от ориентирани канали за проникване върху силициевата повърхност на ориентация (100) от дълбочината на повредения слой „

По време на индукционно нагряване на полупроводникова плоча (с едновременно иницииране на собствена проводимост в полупроводника) в периферията на последната се появява скин-ефект, който се открива чрез появата на ярко светещ ръб върху плочата. При задържане на пластината в посочените условия за 2-5 s се установи, че от двете страни на периферията на полупроводниковата пластина се образуват фигури под формата на триъгълници за полупроводниците, ориентирани в равнината, и правоъгълници за ориентация (100).

Тези фигури са следи от ориентирани пропантни канали.

Образуването на канали очевидно се дължи на взаимодействието на пондеромоторни електрически полета с пукнатини и други дефекти в близкия до повърхността слой на полупроводника, което води до разкъсване на междуатомните връзки в зоната на дефекта.Спектроните се ускоряват допълнително в силно електрическо поле, йонизират атомите по пътя, причинявайки лавина, и по този начин разпространяват моя окристал по дефекта.

Експериментално е установено, че максималната дължина (n площ) на повърхностните следи на ориентирани канали за проникване зависи от размера (разширението) на самия дефект в структурата на полупроводника. Освен това тази зависимост е линейна, т.е. колкото по-голям е размерът на дефекта, например дължината на пукнатините, толкова по-голяма е площта на следата на ориентирания канал за разпространение, който е възникнал върху този дефект.

Пример При полиране на силициеви пластини с диамантени пасти с последователно намаляващ диаметър на зърната предварително се построява калибровъчна крива. Стойностите на дълбочината на повредения слой в силиций, определени от някоя от известните, попадат по оста y. ny методи, например циклично ецване. По абсцисната ос средната максимална дължина (площ) на следите от проникване, съответстваща на определена дълбочина на нарушения слой. За целта са използвани плочи с диаметър 40 mm, взети от различни етапи на полиране. поставен върху графитена подложка в цилиндричен RF индуктор с диаметър 50 mm на инсталацията с ZIVT мощност и работна честота 13,56 MHz. Плаката се държи в IC поле за 3 s, след което средната максимална дължина (площ) на следата от канала на стопилката се определя на микроскоп от типа MII-4, като се използват 10 зрителни полета

Съставител Н. Хлебников

Редактор Т. Колодцева TehredA. Alatyrev Коректор С. Патрушева

Заповед 6127/52 Тираж 918 Абонамент

UHHHfIH Държавен комитет на Министерския съвет на СССР за изобретения и открития

113035, Москва, Zh-35, Raushskaya emb., d, 4/5

Клон PPP Патент, Ужгород, ул. Дизайн, 4 песни. В бъдеще, с частична промяна в технологията, т.е. например при смяна на типа машина, полиращ материал

> зърно от диамантена паста и др., една от плочите се отстранява от определен етап на техническия процес и се подлага на RF обработка, както е описано по-горе. Освен това, като използвате кривата на калибриране, определете дълбочината на повредения слой и направете корекции на технологията. Ориентацията също се контролира визуално след RF обработка.

Времето на процеса на определяне на дълбочината на повредения слой и ориентацията на полупроводника, съгласно предложеното техническо решение, показва, че целият процес от неговото начало (поставяне на плочата в RF индуктора) и до получаване на крайния резултат отнема

Внедряването на описания метод в производството на полупроводници ще позволи извършването на експресен контрол на моя

29 контейнера на повредения слой върху двете повърхности на полупроводниковата пластина с еднократно определяне на нейната кристалографска ориентация, намалява използването на агресивни и токсични реагенти и по този начин подобрява безопасността и условията на работа.

Иск

Метод за определяне на дълбочината на повреден слой на полупроводникова пластина чрез нагряване на полупроводник, характеризиращ се с това, че за да се опрости процеса и едновременно с това да се определи кристалографската ориентация, пластината се нагрява във високочестотно поле до появата на скин-ефекта и по този начин се поддържа за

2-5 s, след което се ориентира по средната максимална дължина на следите. дълбочината на повредения слой и ориентацията на монокристалния слой BbK