105

действием тепловых флуктуаций. Различают два механизма возникновения точечных дефектов:

¾при выходе атома на внешнюю поверхность или поверхность пор в кристалле - механизм Шоттки;

¾при образовании внутри решетки "своего" межузельного атома и, следовательно, пары "вакансия - межузельный атом" – механизм Френкеля.

Врезультате тепловых флуктуаций наибольшее число точечных дефектов возникает по механизму Шоттки. При пластической деформации, закалке, а так-

же при облучении металлов быстрыми электронами и γ -лучами действует механизм образования дефектов Френкеля. Так, например, для алюминия энергия образования вакансии составляет примерно 1 эВ, спаренной вакансии -1,6 эВ, межузельного атома – 10 эВ.

4.5ДЕФЕКТЫ В КРЕМНИЕВОЙ ПОДЛОЖКЕ

Все дефекты кристаллической структуры в кремнии можно разделить на две большие группы: ростовые, возникающие на стадии роста слитка и на стадии наращивания эпитаксиального слоя на пластины, и технологически вносимые, которые, в свою очередь, подразделяются на:

¾первичные дефекты, появляющиеся при механической обработке кристалла за счет хрупкого разрушения и пластической деформации;

¾вторичные дефекты, возникающие на ростовых и первичных дефектах при высокотемпературных технологических процессах в результате воздействия внешних и внутренних напряжений.

Кростовым дефектам относятся дислокации и дислокационные петли; линии скольжения, двойники, дефекты упаковки, кластеры (скопления вакансий), микровключения легирующих примесей.

Технологически вносимые - это дефекты, возникающие:

¾при механической обработке кремния: точечные (микровыколы, микроямки, холмики, периферийные сколы, поверхностные сколы) и линейные (трещины, царапины, бороздки);

106

¾при термическом окислении: дефекты упаковки, колонии быстродиффундирующих примесей, кластеры точечных дефектов;

¾при диффузии: дефекты, инициируемые внешними (дислокациии линии скольжения) и внутренними (сетки дислокаций несоответствия, дефекты упаковки, включение легирующего элемента) напряжениями, граничные дислокации, обусловленные скачком напряжений на границе раздела диффузионная область - внедиффузионная область, и дефекты, связанные с чистотой исходного кремния и проведением процесса диффузии.

4.5.1Механизм образования "отрицательных нитевидных кристаллов".

Известно, что кристаллизация и декристаллизация имеют много общего в кинетике и механизме протекания. Подобная общность использовалась в развитии представлений об испарении по механизму кристалл - жидкость - пар. (ПЖК); На подложке создают каплю раствора-расплава, например, из сплава SiAu или Si-Cu, и в парофазной химической системе с недосыщением обеспечивают локальное испарение монокристалла подложки.

Капля сплава служит участком преимущественно газового травления, происходящего в соответствии с механизмом ПЖК. Эта капля углубляется в кристалл, причем сообразно с симметрией грани кремния формируется четырехугольное для ориентации (100) или шестиугольное для ориентации (111) углубление. Капля смачивает углубление неодинаково: плохо - центральный участок, хорошо - ступени и особенно углы по периферии. Это вызвано сильной анизо-

тропией межфазной энергии границы пар - кристалл (αnk) для различных граней.

У кремния αnk для граней (111), (110), (112) равна соответственно 1230, 1510, 1734 эрг/см.

В кубической решетке кремния удобно выделить наиболее характерные плоскости и направления (11). Если в начало координат поместить куб с ребрами, отсекающими единичные отрезки по осям координат, то плоскости, образующие грани куба, будут иметь координату по одной из осей, например х, равную 1, а другим плоскостям будут параллельны. Обратные величины отрезков, отсекаемых плоскостями по осям координат, для этой кристаллографической

107

плоскости будут 1, 0, 0 (11,а). Это и есть индексы Миллера для граней куба. Соответственно для диагональной плоскости куба (рис. 11,б) эти индексы будут 1, 1, 0, а для плоскостей, отсекающих единичные отрезки по всем трем координатам (рис. 11,в) - 1,1,1. Для обозначения единичной плоскости ее индексы поме-

щают в круглые скобки: (100), (110), (111). [15].

Рис. 11 Схематическое представление плоскостей с различными индексами Миллера в кубической решетке

Для биполярных ИМС обычно используется ориентация поверхности параллельно (111), для МДП схем предпочтительной является ориентация поверхности по плоскости (100).

Таким образом, для капли расплава энергетически выгоднее смачивать торцевые грани углубления (110) и (112), чем грань его основания (111), поэтому капля в углублении неустойчива и дробится на более мелкие капельки по углам углубления. Каждая из этих новых капелек способна инициировать образование отрицательного нитевидного кристалла. Например, отрицательные нитевидные кристаллы были получены; по механизму ПЖК при испарении при температуре 950°С в атмосфере аргона сплава кремния с медью, предварительно нанесенного на поверхность кремниевой подложки.