WorldodTech

Физическая модель процесса

внутреннего геттерированияв кремниевой

технологии .

Как известно, металлические примеси Au, Fe, Ni, Си и другие приводят к возникновению генерационно-рекомбинационных центров в активных областях приборов на основе кремния, что в свою очередь вызывает деградацию свойств приборов. Совокупность технологических приемов, позво­ляющих снизить концентрацию таких центров, локализуя их вблизи преципитатов Si0x (xw2), расположенных вдали от активных областей при­боров, называется методом внутреннего геттерирования (ВГ)

По технологии ВГ накоплен обширный фак­тический материал, однако физические принципы его механизма в настоящее время окончатель­но не установлены [1, 2). Широкое распростра­нение, например, получили представления о том, что центрами геттерирования являются дисло­кации и дефекты упаковки, возникающие вслед­ствие релаксации упругих полей и пересыщения по межузельному кремнию в процессе преципи­тации кислорода при Г>700°С. Однако эти пред­ставления не являются универсальными, что бы­ло доказано рядом исследований. Так, в работе [3) показано, что в ряде случаев эффект гетте­рирования проявляется и в отсутствие дислока­ций и дефектов упаковки, при этом сам кисло­родный преципитат является геттером. Другие авторы [41 обнаружили гексагональные и ром­бические дислокационные петли в отсутствие кислородных преципитатов, на основании чего сделано предположение о том, что дислокацион­ные петли возникают при высокотемпературном отжиге вследствие растворения преципитатов, образовавшихся ранее во. время низкотемпера­турного отжига.

В данной работе представлены результаты исследований физических закономерностей про­цесса ВГ, выполненных на кафедре общей физи­ки МИЭТ, в которых развита модель дальнодействующего механизма взаимодействия примесь-центр геттерирования. Рассмотрена модель комп­лекса примесь-точечный дефект, рассчитаны па­раметры таких комплексов и найдено их неод­нородное распределение в упругом поле преципи­тата. Представлена также диффузионная модель ВГ на основе взаимодействия дипольных комп­лексов с кислородным преципитатом.

Комплексы примесь-точечный дефект и их неоднородное распределение вблизи центра гетгерировання

Принципиальное отличие упругого взаимо­действия примеси с дислокацией от взаимодей­ствия со сферическим геттером проявляется в том, что упругое поле последнего характеризу­ется чисто сдвиговой деформацией и энергия уп­ругого взаимодействия равна нулю :

где К — модуль всестороннего сжатия материа­ла среды, Wo — изменение объема, обусловлен­ное примесным атомом, eii —дилатация упругого поля центра. Поэтому в условиях отсутствия ди-латацнонного взаимодействия и наличия пересы­щения по собственным дефектам дальнодейст-вующий механизм упругого взаимодействия мо­жет быть реализован взаимодействием диполь-ного типа. Дипольные свойства примесного ато­ма могут быть реализованы в случае образова­ния комплекса из двух точечных дефектов: атом примеси—собственный точечный дефект или атом примеси—атом другой примеси.

Количественной мерой взаимодействия комп­лекса точечных дефектов с упругим полем центра дилатации является тетрагональность поля уп­ругих искажений, создаваемых комплексом. В рамках континуальной теории упругости энергия точечного дефекта в поле eii задается выра­жением:

Тензор Wij, называемый тензором объемных де­формаций, полностью характеризует упругие свойства точечного дефекта. Для упругого дипо­ля с осевой симметрией он имеет вид :

ni и nj — направляющие косинусы оси симмет­рии диполя.

Для последовательного .количественного опи­сания образования примесных сегрегаций вблизи центра геттерирования необходимо знать па­раметры Wo и W1, характеризующие отдельный комплекс и определить рас­пределение таких комплексов в пространстве, окружающем центр геттерирования. Расчеты характеристик комплекса проводились методом молекулярной статики. За основу был принят так называемый метод флекс-1 (метод гибкой гра­ницы с перекрывающимися областями). Кри­сталл разбивается на три области. Область 1, непосредственно окружающая кристалл, рассмат­ривается как дискретная. В этой сильно иска­женной области координаты атомов учитывают­ся индивидуально, а энергия рассчитывается с помощью межатомного потенциала. Область 3, наиболее удаленная от дефекта, представляется как упругий континуум. Вклад этой области в общую энергию системы определяется решением уравнений теории упругости, т.е. величинами W0 и W1 и упругими постоянными среды. Область 2 является промежуточной. Координаты атомов в этой области определяются коллективно также » соответствии с теорией упругости, а вклад в энергию системы — с помощью межатомного потенциала. В ходе расчета минимизируется полная энергия системы, являющаяся функцией координат атомов и двух переменных Wo и W1, характеризующих дальнодействующее поле де­фекта. Решение этой вариационной задачи и дает искомые величины.