Геттерирующими свойствами обладают ионно-имплан-тированные нарушенные слои в кремнии. Относительная эффективность геттерирования возрастает с увеличением массы иона примеси. Для геттерирования используются ионы с энергией от 30 до 500 кэВ. При низких энергиях ионов можно получать мелкие (0,1 – 0,2 мкм) нарушенные слои. Высокие энергии ионов обеспечивают значительную глубину нарушенного слоя. Диапазон используемых для геттерирования доз имплантации варьируется в пределах от 1013 до 1016 см--2.
Геттерирование с помощью наносимых слоев
Геттерирование с помощью наносимых слоев осуществляется посредством нанесения:
– металлических слоев (никель, галлий, алюминий, цинк, сплавы олова со свинцом);
– слоев примесно-силикатных стекол (обычно используется на завершающих стадиях изготовления полупроводниковых приборов и ИС для пассивации поверхности и стабилизации параметров приборов):
– слоев поликристаллического кремния (на обратную сторону подложек);
– слоев нитрида кремния (на обратную сторону подложек).
В случае нанесения слоев на рабочую сторону подложек (металлы, примесно-силикатные стекла) эффект геттерирования достигается за счет повышенной растворимости неконтролируемых примесей в наносимых слоях или их химическим взаимодействием с материалом геттера. При нанесении геттера на нерабочую поверхность подложек движущей силой для диффузии точечных дефектов и примесей являются напряжения, возникающие на границе подложка – нанесенный слой.
В настоящее время наиболее перспективным и разработанным способом создания геттеров является лазерная обработка подложек. При воздействии лазерного излучения нарушения поверхности могут иметь вид дорожек или отдельных лунок. Для этого используется лазерное излучение непрерывное и импульсное.
Сфокусированный луч лазера сканирует по нерабочей стороне пластины, образуя лунки или дорожки с измененной морфологией поверхности, что обусловлено плавлением материала и его кристаллизацией в неравновесных условиях. Степень нарушения структуры регулируется путем изменения размеров лунок или дорожек.
Эффект геттерирования усиливается при обработке кремния на воздухе, что обусловлено образованием SiО2 на глубине, соответствующей толщине расплавленного поля. При последующей термообработке области выпадения SiО2 декорируются примесями металлов, в частности медью.
Широкое распространение получили методы геттерирования путем термообработки пластин в специальных средах:
– термическое окисление кремния в хлорсодержащей среде;
– отжиг пластин в «активных» газовых средах;
– послеокислительный отжиг в нейтральной среде;
– создание внутренних геттеров путем термообработки пластин в неокислительной среде.
Последний метод в настоящее время все чаще применяемся в производстве и заключается в следующем. В результате, термообработки пластин образуется приповерхностный слой с пониженной концентрацией О2, имеющий совершенную кристаллическую структуру, а на удалении от поверхности создается повышенная плотность микродефектов.
Межузельный кислород, растворенный в кремнии, выделяется в объеме пластины в виде преципитатов состава SiO2. При этом кристаллическая решетка кремния вокруг этих преципитатов искажается; образуются дислокации и другие дефекты. Таким образом, формируется внутренний нарушенный слой, находящийся внутри пластины, который и является стоком для точечных дефектов и неконтролируемых примесей из рабочей области пластин.
Для выявления дефектов и их последующего изучения пластины подвергают обработке в травителе Сиртла состава: 1 часть 33 %-ного водного раствора Cr2O3 + 2 части HF (49 %). Затем пластины промывают в деионизованной воде и подвергают сушке. При исследовании протравленных пластин в металлографическом микроскопе наблюдаются плоскодонные ямки травления – А-дефекты и канавки травления определенной кристаллографической ориентации – дефекты упаковки. Плотность выявленных дефектов различна для геттерированной и негеттерированной частей пластины. При определении плотности дефектов (N, см–2) необходимо установить площадь (S) какого-либо элемента схемы, например, конденсаторов (квадрат) или р-п-перехода (гребешки) и визуально подсчитать число дефектов (п), приходящихся на эту площадь.
1. Ознакомиться с устройством и работой металлографического микроскопа.
2. Определить цену деления окуляра микроскопа. Для этого:
– на предметный столик микроскопа установить объект-микрометр;
– получить изображение штрихов объект-микрометра (параллельно делениям окуляра);
– определить цену деления окуляра по формуле
,
где Е – цена деления окуляра; Т – число делений объект-микрометра; Z – цена деления объект-микрометра, равная 0,01 мм; А – число делений окуляра.
3. Поместить на предметный столик микроскопа образец с выявленными структурными дефектами.
4. Сравнить визуально геттерированную и негеттерированную области образца.
5. Определить площадь какого-либо элемента схемы и подсчитать количество дефектов.
6. Повторить измерения на нескольких элементах схемы и результаты занести в таблице.
п |
S, см2 |
N, см–2 |
|
|
|
7. Рассчитать погрешность измерений.
1. Структурные дефекты в малодислокационном кремнии.
2. Кластеры точечных дефектов и механизм их образования.
3. Методы геттерирования точечных дефектов.
1. Таиров, Ю. М. Технология полупроводниковых и диэлектрических материалов / Ю.М. Таиров, В.Ф. Цветков. СПб.: Лань, 2002. 424 с.
2. Нашельский, А. Я. Технология спецматериалов электронной техники / А. Я. Нашельский. М.: Металлургия, 1993. 368 с.
3. Пасынков, В. В. Материалы электронной техники / В.В. Пасынков, В.С. Сорокин. СПб.: Лань, 2003. 367 с.
4. Нашельский, А. Я. Технология полупроводниковых материалов / А.Я. Нашельский. М.: Металлургия, 1987. 336 с.
5. Физико-химические основы технологии полупроводниковых материалов / В.В. Крапухин, А.И. Соколов, Г.Д. Кузнецов. М.: Металлургия, 1995. 493 с.
6. Готра, З. Ю. Технология микроэлектронных устройств: справочник / З. Ю. Готра. М.: Радио и связь, 1991. 528 с.
7. Раскин, А. А. Технология материалов миро-, опто- и наноэлектроники: учеб. пособие / А.А. Раскин, В.К. Прокофьева. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010. Ч.1. 164 с.
8. Новокрещенова, Е. П. Основы технологии материалов электронной техники: учеб. пособие / Е.П. Новокрещенова. Воронеж: ГОУ ВПО «Воронежский государственный технически университет», 2010. 228 с.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к выполнению лабораторных работ
по дисциплине
«Технология материалов электронной техники»
для студентов направления 210100.62
«Электроника и наноэлектроника»
профиля «Микроэлектроника и твердотельная электроника»
заочной формы обучения
Составитель Новокрещенова Елена Павловна
В авторской редакции
Компьютерный набор Е.П.Новокрещеновой
Подписано к изданию 20.10.2014
Уч.-изд. л. 3,0
ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»