РАЗДЕЛ 2
ТЕХНИЧЕСКОЕ И МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
2.1. Условия выращивания бездислокационных монокристаллов кремния и структур на
их основе.
В работе исследовались выращенные по специальной программе монокристаллы
кремния, полученные методами бестигельной зонной плавки и Чохральского*
[* Все монокристаллы выращены на Запорожском титано-магниевом комбинате
(ЗТМК)].
Монокристаллы кремния, полученные методом бестигельной зонной плавки. Кристаллы
диаметром 28…30 мм выращивались методом бестигельной зонной плавки в вакууме на
промышленной установке типа "Кристалл-109". Количество проходов расплавленной
зоны варьировалось от 2 до 10. Концентрация углерода и кислорода, определенная
методом инфракрасного поглощения, была ниже, чем 5Ч1015 см-3. Кристаллы были
либо слабо легированы (фосфор, бор), либо их специально не легировали.
Направление роста кристаллов [111]. Исследовалось более 60 слитков, часть из
них была исследована с помощью просвечивающей электронной микроскопии (31
слиток).
Монокристаллы кремния, полученные методом Чохральского. Кристаллы кремния
диаметром 50…80 мм методом Чохральского выращивались на промышленной установке
"Редмет-30" в атмосфере аргона и имели n-тип проводимости при значении r =
10…50 ОмЧсм. Концентрация кислорода составляла ~ 4…7Ч1017 см-3, углерода ~
5…7Ч1016 см-3 (если не проводилось специальное легирование). Всего было
исследовано 16 слитков, из них 8 с помощью просвечивающей электронной
микроскопии.
Кристаллы выращивали в диапазоне постоянных скоростей роста от 1 до 9 мм/мин
(для метода бестигельной зонной плавки) и от 0,5 до 3 мм/мин (для метода
Чохральского). Некоторые кристаллы были получены в условиях специально
программируемого изменения скорости выращивания. Кроме того, ряд кристаллов был
получен с остановкой роста в течение фиксированного времени с последующим
продолжением выращивания. Для фиксации начальных стадий образования
микродефектов проводилась закалка растущих кристаллов. В некоторых случаях
диаметр растущего образца изменяли непосредственно в процессе роста. Для
изучения процесса дефектообразования в условиях технологических воздействий на
основе объемных кристаллов создавали приборные композиции, либо подвергали их
имитационным высокотемпературным обработкам, воспроизводящим в общих чертах
условия изготовления приборов или микросхем.
Структуры на основе объемных монокристаллов. Для изготовления кремниевых
обращенных эпитаксиальных структур (КОЭС) использовались стандартные подложки
диаметром 30 мм, толщиной 400 мкм и ориентации (111), изготовленные из
бестигельного кремния выращенного со скоростями роста 2; 3; 6 и 8 мм/мин. На
этих подложках формировались КОЭС с удельным сопротивлением легированного бором
слоя ~ 0,1 ОмЧсм. Наращивание эпитаксиальных слоев производили на промышленной
установке УНЭС-2ПК-А с графитовым пьедесталом, температура осаждения
варьировалась в интервале 1433…1463 К.
Для изготовления ионно-имплантированных структур использовались монокристаллы
кремния диаметром 50 мм, выращенные методом Чохральского при скоростях роста V
= 0,5; 1 и 2,5 мм/мин. В подложки кристалла, вырезанные из участков роста при V
= 0,5 и 2,5 мм/мин, имплантировались ионы мышьяка (энергия 65 кэВ, доза ~
3,7Ч1015 см-2). В подложки кристалла, вырезанные из участков роста при V = 1
мм/мин, имплантировались ионы сурьмы (энергия 65 кэВ, доза ~ 3Ч1015 см-2).
Процесс имплантации производился на стандартной установке типа "Везувий"*
[** Имплантация и отжиг подложек проводились в ЗПО "Гамма"]*. Исследовались
подложки, подвергнутые технологическому отжигу при температурах 923 и 1123 К в
течение 5 часов для каждой температуры соответственно, а также подложки, не
прошедшие процедуру отжига.
Аппаратура и условия термических обработок. Термические обработки кристаллов
или эпитаксиальных структур, производились непосредственно в рабочих камерах
соответствующих ростовых установок. Кроме того, ряд кристаллов подвергался
термообработкам в вакуумированных кварцевых ампулах, помещенных в трубчатую
электропечь сопротивления (типа СУОЛ). Термическое воздействие проводилось в
специально заданных нами для различных экспериментов широких интервалов
температур и времени обработки.
2.2. Выбор методов исследования и методики подготовки образцов для
исследования.
Для проведения исследований структуры объемных монокристаллов и изготовленных
на их основе приборных композиций в настоящем исследовании в качестве основных
применялись металлографические, электрофизические и электронно-микроскопические
методы анализа.
Изучение макрокартин распределения микродефектов важно не только само по себе,
но необходимо для индикации особо интересных областей, которые в дальнейшем
подвергают углубленным прицельным электронно-микроскопическим исследованиям.
Классическим и наиболее применимым для этих целей является метод селективного
(избирательного) химического травления, основанный на том, что в области
дефекта и вне ее энергия кристаллической решетки кристалла иная, и скорость
травления различна. В результате селективное травление приводит к образованию
характерных ямок, подсчетом числа которых с помощью оптического микроскопа
можно определить их плотность [182-185]. Кроме того, макрокартины распределения
микродефектов при изменении температурных условий выращивания дают возможность
проследить трансформацию всей микродефектной структуры в процессе роста
кристалла.
В то же время с целью исследования индивидуальных микродефектов в связи с их
малыми размерами в качестве основного метода была выбрана просвечивающая
электронная микроскопия. Просвечи
- Київ+380960830922