Технология полупроводникового кремния - Фалькевич Э.С.
ISBN 5-229-00740-0
Скачать (прямая ссылка):
После травления картина распределения микродефектов наблюдается визуально, тонкая же структура ямок выявляется и подсчет плотности выполняется с помощью оптического микроскопа (рис. 54).
Более чувствительными к упругим деформациям являются рентгеновские дифракционные методы. Наиболее часто применяется рентгенотопографический метод Ланга, использующий усиление отражения рентгеновских дифрагированных волн участками кристалла, искаженными из-за дефектов структуры. Тогда на фотопластинке, поставленной за кристаллом на пути распространения дифрагированной волны, формируется изображение дефектов структуры. Этим методом хорошо обнаруживаются дислокационные дефекты. Для выявления микродефектов со слабыми полями, как правило, предварительно проводится их декорирование быстродиффундирующими примесями тяжелых металлов (Cu, Au и др.) [65].
Для повышения чувствительности применяется метод двухкристальной рентгеновской топографии, позволяющий обнаруживать микродефекты А- и Д-типов без предварительного декорирования [66].
Наибольшую информацию о структуре микродефектов дают методы электронной микроскопии, использование которых требует приготоЕ ления очень тонких образцов (фольг), прозрачных для электронов» Так как основное рабочее напряжение серийных электронных микро?' скопов 100-200 кВ, то требуемая толщина кремниевой фольги должн" составлять 0,1-0,2 мкм. Разработаны специальные методы истонче* монокристаллов кремния, широко применяющиеся на практик* Созданные в последнее время высоковольтные электронные МИК"
120
скопы с рабочим напряжением до I MB позволяют просматривать более толстые образцы (1-2 мкм) с увеличением в 1,5 млн. раз и разрешением 0,16 нм.
Микродефекты наблюдают с помощью дифракции электронов с использованием фазового и амплитудного контраста. Если два дифрагированных в образце пучка электронов свести вместе и получить интерференционную картину за счет разности их фаз, то можно получить изображение отдельных атомных плоскостей. При интерференции большего количества пучков можно добиться разрешения отдельных атомов вещества [67]. Если из дифракционной картины исключить пучки электронов с разными фазами, то формируется амплитудный контраст, который дает дифракционное изображение микродефектов различного типа (рис. 55) [68].
Для выявления микродефектов используют также метод растровой электронной микроскопии. Используя вторичные электроны, выбитые из приповерхностных слоев первичным, электронным пучком, можно получить изображение микродефектов предварительно протравленной поверхности. Метод обладает большой глубиной резкости и позволяет получить качественно^ изображение фигур травления.
Если использовать поглощенные электроны, то можно реализовать метод наведенного тока, позволяющий выявлять рекомбинационно активные микродефекты. Для применения этого метода необходимо иметь в исследуемом образце либо р-п-переход, либо контакт металл-полупроводник (диод Шоттки), который выполняет роль р-л-перехода. Падающий электронный луч создает в обедненной области р-п-перехо-да пары электрон - дырка, которые диффундируют к слоям р- и л-типов, вызывая ток во внешней цепи. Если вблизи р-п-перехода имеются микродефекты, то на них происходит рекомбинация носителей заряда, в результате чего вблизи дефекта уменьшается их концентрация. Этот градиент плотности тока регистрируется на экране растрового электронного микроскопа, давая пониженный контраст в области дефектов.
На основе анализа многочисленных экспериментальных данных можно утверждать следующее.
1. Характер распределения микродефектов сильно зависит от условий выращивания монокристаллов (скорости роста v, осевого температурного градиента G, скорости вращения и, диаметра растущего слитка d).
2. Микродефекты не образуются в узкой приповерхностной зоне, а также вблизи ростовых дислокаций.
3. Изменение осевого температурного градиента у фронта кристаллизации сильно влияет на образование микродефектов в растущем монокристалле [69].
121
* f
*ц" * ' . *
тШШшЯШШт.
аФо)
100 ни
'' *, < Л*
^ I1Owrt [
-?
Рис. 55. Электронно-микроскопическая структура микродефектов: А- (а); В- (б) и D-типов (в)
4. Вид точечных дефектов (вакансии или собственные межузельные атомы кремния), участвующих в образовании того или иного типа микродефектов, зависит ОТ ПРОТИВОПОЛОЖНОГО действия G HVH определяется некоторым критическим их соотношением [70]: T)t = v/G = = 3,3-10'5 см2/(К • с).
5. Образование микродефектов зависит от концентрации атомов примесей, в частности от остаточной концентрации атомов кислорода и углерода [71,72].
6. Микродефекты в монокристаллах кремния и приборах на его основе обладают определенной электрической активностью [58], которая проявляется в основном в изменении рекомбинационных свойств в тех областях монокристаллов, где расположены микродефекты. С этим связано обнаруженное уменьшение тн н 3 в областях монокристаллов кремния, содержащих микродефекты [58]. Заметное влияние микродефекты оказывают и на свойства р-л-переходов, изменяя их вольтамперные характеристики и увеличивая токи утечки. Так как р-л-переходы являю'гся основными рабочими элементами диодов и биполярных транзисторов, то электрические свойства микродефектов оказывают существенное влияние на характеристики и качество интегральных схем.
