-

1. (19) BY (11) 6338
(13) U
(46) 2010.06.30
ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(51) МПК (2009)
H 01L 21/00
(54) ПОЛУПРОВОДНИКОВАЯ КРЕМНИЕВАЯ ПЛАСТИНА
ОРИЕНТАЦИИ (111)
(21) Номер заявки: u 20090986
(22) 2009.11.25
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Физико-технический ин-
ститут Национальной академии наук
Беларуси" (BY)
(72) Автор: Сенько Сергей Федорович (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Физико-техниче-
ский институт Национальной академии
наук Беларуси" (BY)
(57)
1. Полупроводниковая кремниевая пластина ориентации (111) с полированной рабо-
чей поверхностью и толщиной t, обеспечивающей необходимую прочность, отличаю-
щаяся тем, что на нерабочей поверхности содержит пленку нитрида кремния толщиной
0,1-0,4 мкм, которая разделена на элементы в виде правильных треугольников с длиной
стороны (0,3-1,0)t, такими же элементами пленки диоксида кремния толщиной 0,1-2,0
мкм, причем стороны всех элементов ориентированы в кристаллографических направле-
ниях типа <110>.
2. Полупроводниковая кремниевая пластина ориентации (111) по п. 1, отличающаяся
тем, что углы элементов пленки нитрида кремния ориентированы в кристаллографических
направлениях ]112[и]121[],211[ , при этом в них последовательно вписаны элементы
пленки диоксида кремния.
3. Полупроводниковая кремниевая пластина ориентации (111) по п. 1, отличающаяся
тем, что углы элементов пленки диоксида кремния ориентированы в кристаллографиче-
ских направлениях ]112[и]121[],211[ , при этом в них последовательно вписаны эле-
менты пленки нитрида кремния.
Фиг. 4
BY6338U2010.06.30

2. BY 6338 U 2010.06.30
2
(56)
1. ЕТО.035.578 ТУ. Пластина кремния монокристаллическая.
2. ЕТО.035.206 ТУ. Пластина кремния монокристаллическая.
3. ЕТО.035.240 ТУ. Пластина кремния монокристаллическая.
4. Гаврилов Р.Л. Технология производства полупроводниковых приборов. - М.: Энер-
гия, 1968. - С. 46.
5. Патент РБ 1188, МПК7
H 01L 21/302, 2003 (прототип).
6. Технология СБИС: В 2-х кн. Книга 1. Пер. с англ. / Под ред. С.Зи. - М.:Мир, 1986. -
С. 161.
7. Кислый П.С. Кремния нитрид. Химическая энциклопедия. Т. 2. - М.: Советская эн-
циклопедия, 1990. - С. 519.
8. Мильвидский М.Г. Кремний. Химическая энциклопедия. Т. 2. - М.: Советская эн-
циклопедия, 1990. - С. 508-509.
Полезная модель относится к области электронной техники, в частности к микроэлек-
тронике, и может быть использована при изготовлении полупроводниковых приборов.
В настоящее время большинство полупроводниковых приборов изготавливается по
планарной технологии с использованием в качестве исходного материала плоской полу-
проводниковой пластины. Параметры исходной пластины во многом предопределяют
технические характеристики и выход изготавливаемых приборов. Важнейшим показате-
лем качества полупроводниковых пластин является их устойчивость к процессам дефек-
тообразования в процессе формирования активной структуры. Этот параметр отражен
практически во всех нормативных документах, определяющих технические требования к
полупроводниковым пластинам [1-3].
Вначале полупроводниковые приборы изготавливали с использованием в качестве ис-
ходного материала кремниевых пластин круглой формы с толщиной, обеспечивающей не-
обходимую механическую прочность, с шероховатой рабочей поверхностью [4].
Такие пластины изготавливают обычно путем химического травления нарушенного
слоя, образующегося в процессе резки слитка кремния на пластины. Недостатки рассмат-
риваемой конструкции пластин связаны с тем, что микронеровности шероховатой поверх-
ности выступают в роли концентраторов механических напряжений и при проведении
высокотемпературных операций в процессе формирования активной структуры полупровод-
никовых приборов служат источником возникновения кристаллографических дефектов в
приповерхностном объеме пластины. Они приводят к генерации дислокаций, дефектов
упаковки и линий скольжения, которые снижают напряжение пробоя формируемых p-n-
переходов и увеличивают токи их утечки. Это не позволяет получить приборы приемле-
мого уровня качества. Важным фактором, влияющим на дефектность рабочей поверхно-
сти пластины, является также наличие неконтролируемых загрязнений как в материале
пластины, так и в технологических средах, используемых в производстве приборов. Не-
контролируемые примеси накапливаются вблизи рабочей поверхности пластины и приво-
дят к образованию дополнительных дефектов, которые также значительно ухудшают
электрические характеристики получаемых приборов.
Наиболее близкой к заявляемому техническому решению, его прототипом, является
полупроводниковая пластина круглой формы с полированной рабочей поверхностью и
маркировочными срезами на краю пластины [5].
Маркировочные срезы на краю пластины позволяют различать пластины различных
типономиналов. Полировка пластин позволяет заметно повысить качество изготавливае-
мых приборов за счет удаления концентраторов напряжений на рабочей поверхности. Од-
нако проблема неконтролируемых загрязнений этим не решается.

3. BY 6338 U 2010.06.30
3
Одними из наиболее широко используемых типов подложек являются монокристал-
лические пластины ориентации (111), получаемые из кремния, выращенного методом
Чохральского, и содержащие в качестве загрязняющих примесей преимущественно кислород
и углерод. Воздействие на пластину разнообразных технологических сред при различных
температурах, контакт с технологической оснасткой, изготовленной из различных мате-
риалов, приводит к неконтролируемому загрязнению пластин металлами. Особенностью
распределения этих загрязнений по объему пластины является то, что они концентриру-
ются в приповерхностных областях. Их растворимость в кремнии сильно зависит от темпе-
ратуры. При нагреве от комнатной температуры до ~ 1000 °С она повышается на несколько
порядков. При последующем охлаждении пластин растворимость резко падает и фактиче-
ская концентрация примесей начинает превышать предельную растворимость, в результате
чего образуются преципитаты, представляющие собой микроскопические выделения вто-
рой фазы. Плотность таких выделений достигает 106
см-2
и более. В результате ухудшают-
ся характеристики изготавливаемых приборов и снижается выход годных изделий.
Таким образом, недостатками прототипа является низкая устойчивость пластин к де-
фектообразованию в процессе изготовления полупроводниковых приборов.
Задачей заявляемой полезной модели является повышение устойчивости пластин ори-
ентации (111) к образованию преципитатов примесей.
Поставленная задача решается тем, что полупроводниковая кремниевая пластина ори-
ентации (111) с полированной рабочей поверхностью и толщиной t, обеспечивающей не-
обходимую прочность, на нерабочей поверхности содержит пленку нитрида кремния
толщиной 0,1-0,4 мкм, которая разделена на элементы в виде правильных треугольников с
длиной стороны (0,3-1,0)t, такими же элементами пленки диоксида кремния толщиной 0,1-
2,0 мкм, причем стороны всех элементов ориентированы в кристаллографических направ-
лениях типа <110>,
а также тем, что углы элементов пленки нитрида кремния ориентированы в кристал-
лографических направлениях ]112[и]121[],211[ , при этом в них последовательно впи-
саны элементы пленки диоксида кремния,
а также тем, что углы элементов пленки диоксида кремния ориентированы в кристал-
лографических направлениях ]112[и]121[],211[ , при этом в них последовательно впи-
саны элементы пленки нитрида кремния.
Сущность заявляемого технического решения заключается в поглощении неконтроли-
руемых примесей управляемой сеткой дислокаций, индуцированной элементами рисунка
в пленке нитрида кремния.
Поглощение неконтролируемых примесей дислокациями известно давно. Это явление
обусловлено высокой концентрацией ненасыщенных химических связей на дислокациях.
Однако методы управления характеристиками дислокационной структуры в настоящее
время развиты слабо. Настоящее техническое решение основано на явлении самоформи-
рования дислокационной сетки за счет фрактального характера рисунка в пленке нитрида
кремния.
Нитрид кремния широко используется в электронной технике в качестве конструктив-
ного материала для формирования активных и пассивных элементов. Особенностью пле-
нок нитрида кремния является наличие в них высоких растягивающих напряжений - до
100 ГПа [6], обусловленных процессами формирования пленки. Несмотря на небольшое
различие в значении коэффициента линейного термического расширения (клтр) Si3N4 и
кремния (3,4×10-6
К-1
для Si3N4 [7] и 3,72×10-6
К-1
для Si [8]), использование высоких темпе-
ратур при изготовлении полупроводниковых приборов и отсутствие полиморфных превра-
щений Si3N4 приводят к возникновению высоких механических напряжений на границе
раздела Si-Si3N4. Границы элементов топологического рисунка характеризуются скачко-
образным изменением значения и знака механических напряжений, что приводит к обра-

4. BY 6338 U 2010.06.30
4
зованию на этих границах дислокаций в кремнии. Наличие большого количества регуляр-
но расположенных элементов пленки нитрида кремния на нерабочей поверхности пласти-
ны приводит к формированию в ее объеме сетки дислокаций, управляемой параметрами
рисунка. Разделение элементов пленки нитрида кремния элементами пленки диоксида
кремния усиливает описываемые процессы за счет того, что локальные островки нитрида
кремния способствуют углублению диоксида кремния в подложку, что приводит к воз-
никновению дополнительных распирающих напряжений на границах раздела элементов.
Эти напряжения носят термический характер, однако их релаксация протекает также через
образование дислокаций в материале подложки.
Стороны топологических элементов на поверхности пластины ориентации (111) могут
быть выполнены в одном из двух основных типов кристаллографических направлений -
<112> или <110>. Угол между этими направлениями составляет 30°. Все остальные на-
правления являются промежуточными. Если топологический элемент имеет углы, равные
2n×30° (где n - целое число), он может быть ориентирован строго в кристаллографических
направлениях одного типа. Если островок или окно имеет прямоугольную форму (с угла-
ми 90°≠2n×30°), его смежные стороны могут быть ориентированы либо одновременно в
направлениях двух рассматриваемых типов, либо в промежуточных направлениях. Такая
форма элементов не соответствует заявляемому техническому решению. А если же они
имеют форму правильного треугольника (n = 1) или шестиугольника (n = 2), все их сторо-
ны могут быть ориентированы в кристаллографических направлениях только одного типа.
Поскольку шестиугольник является линейной комбинацией треугольников, единственной
рассматриваемой формой элементов формируемого рисунка в нитриде кремния является
правильный треугольник.
Известно, что в кремнии основными плоскостями скольжения дислокаций являются
кристаллографические плоскости типа {111} и {110}. В пластине ориентации (111) плоско-
сти типа {111} расположены под углами α1 = 0° (т.е. параллельно поверхности, в данном
случае это плоскость )111( , находящаяся в двойниковой ориентации по отношению к
рабочей поверхности) и α2 = 70°32' к плоскости пластины, а плоскости типа {110} распо-
ложены под углами α3 = 90° (т.е. перпендикулярно поверхности, а именно, плоскости
)101(и)110(),011( ) и α4 = 35°16' (а именно плоскости (110), (101) и (011)) к поверхности
пластины.
В случае ориентации сторон элементов рисунка в кристаллографических направлениях
типа <112> генерация дислокаций энергетически наиболее выгодна в плоскостях ),011(
)101(),110( , расположенных перпендикулярно поверхности пластины, т.к. энергия обра-
зования этих дислокаций минимальна. При этом дислокации практически беспрепятст-
венно прорастают на рабочую поверхность, приводя ее в негодность для формирования
активных элементов полупроводниковых приборов.
Ориентация сторон элементов рисунка в направлениях ]101[и]110[],011[ позволяет
сформировать сетку дислокаций в плоскостях (110) и )111( , (101) и )111( , (011) и )111(
попарно, соответственно кристаллографическому направлению ориентации стороны эле-
мента. Генерация дислокаций именно в этих плоскостях в данном случае энергетически
наиболее выгодна и обусловлена тем, что возникающие от механических напряжений на
границе элемента изгибающие моменты перпендикулярны границе этого элемента.
Совокупность плоскостей {111} скольжения дислокаций, формируемых единичным
первичным элементом рисунка в пленке нитрида кремния, образует правильный тетраэдр
с основанием, совпадающим с этим элементом, а совокупность плоскостей скольжения
{110} образует тетраэдр с тем же основанием, но меньшей высоты. Пересечение рассмат-
риваемых плоскостей скольжения приводит к блокированию дислокаций, скользящих в

5. BY 6338 U 2010.06.30
5
пересекающихся плоскостях с образованием дислокационных полупетель, закрепленных
концами на обратной стороне пластины. Фактически образуется новый элемент структуры -
тетраэдрический дефект упаковки, который, в зависимости от локальной плотности дисло-
каций, может быть полным или частичным. Эффективность поглощения неконтролируемых
примесей дефектами упаковки значительно выше, чем дислокациями, что обеспечивает
качественно новый уровень устойчивости пластин к дефектообразованию. Совокупность
всех первичных элементов пленки нитрида кремния приводит к образованию дислокаци-
онной сетки, состоящей из множества одинаковых "двойных тетраэдров".
Любой элемент рисунка, выбранный в качестве центрального, окружен тремя боковы-
ми соседними элементами, которые по отношению к нему являются "контрастными" и на-
ходятся в двойниковой ориентации. Так, любой элемент пленки нитрида кремния окружен
тремя элементами пленки диоксида кремния и любой элемент пленки диоксида кремния
окружен тремя элементами пленки нитрида. Стороны этих элементов ориентированы в
кристаллографических направлениях одного и того же типа <110>, но их углы ориентиро-
ваны в неравнозначных взаимно противоположных направлениях типа <112>. При ориен-
тации углов элементов в направлениях ]112[и]121[],211[ плоскости скольжения {111}
и {110} пересекаются с образованием тетраэдров внутри объема пластины. При ориента-
ции углов элементов в направлениях ]112[и]121[],211[ расположение плоскостей сколь-
жения {111} и {110} таково, что они пересекаются с образованием тетраэдров вне объема
пластины. Вписывание новых элементов рисунка в элемент, углы которого расположены в
направлениях ]112[и]121[],211[ , приводит к образованию тетраэдров плоскостей сколь-
жения, не имеющих общих плоскостей с элементами большего размера. В связи с этим
процессы самоформирования дислокационной структуры затруднены. Если же углы элемен-
та, в который вписывается новый элемент рисунка, ориентированы в кристаллографических
направлениях ]112[и]121[],211[ , тетраэдры плоскостей скольжения, соответствующие
вновь образованным элементам, имеют две общие грани с тетраэдрами плоскостей сколь-
жения, соответствующими элементам большего размера. Для образования одной новой
грани требуется немного энергии, поэтому значительная доля энергии остается и расходу-
ется на процессы самоформирования дислокационной структуры.
Разделение первичных элементов рисунка на элементы меньших размеров путем по-
следовательного вписывания в них элементов пленки другого материала при соблюдении
кристаллографической ориентации их сторон приводит к увеличению плотности формируе-
мой дислокационной сетки и, соответственно, к повышению эффективности поглощения
неконтролируемых примесей. При этом форма вновь образующихся элементов рисунка
повторяет форму первичных элементов, т.е. они также являются правильными треуголь-
никами. Вписывание в треугольный элемент пленки нитрида кремния элемента пленки
диоксида кремния приводит к образованию трех новых элементов пленки нитрида и одного
нового элемента диоксида. Вписывание в треугольный элемент пленки диоксида кремния
элемента пленки нитрида кремния приводит к образованию трех новых элементов пленки
диоксида и одного нового элемента нитрида. Последовательное повторение этих действий
приводит к образованию своеобразной фрактальной структуры как заявляемого покрытия,
так и образующейся впоследствии дислокационной сетки. Такие структуры очень устой-
чивы и склонны к самоформированию, что значительно повышает их эффективность.
Поскольку дислокации образуются по границам элементов, выбор в качестве первич-
ного элемента нитрида или диоксида кремния принципиального значения не имеет. Важ-
но, чтобы все вновь вписываемые элементы рисунка были "контрастными" по отношению
к первичному. Если первичным элементом является нитрид, в него вписывают только эле-
менты диоксида кремния. В эти элементы диоксида новые элементы рисунка не вписыва-
ют. И наоборот, если первичным элементом является диоксид, в него последовательно

6. BY 6338 U 2010.06.30
6
вписывают только элементы нитрида кремния, которые на дальнейшем этапе оставляют
неделимыми. Только в этом случае образуется структура, состоящая из элементов различ-
ного размера. Одновременное вписывание элементов обоих материалов - нитрида и диок-
сида кремния - приводит к тому, что конечная структура состоит только из элементов
минимального размера, элементы бóльших размеров исчезают. Это приводит к резкому
снижению глубины дислокационной структуры, ее локализации вблизи нерабочей по-
верхности пластины и потере эффективности.
Совокупность плоскостей скольжения дислокаций, формируемую такой фрактальной
структурой, можно описать следующим образом. Вначале формируется сетка "сдвоенных
тетраэдров" с основанием, совпадающим с первичным элементом рисунка, например, нит-
рида кремния. При первом разделении первичных элементов пленки нитрида кремния на
элементы меньшего размера в объеме кремниевой пластины формируется новый уровень
сетки дислокаций, представляющий собой также "тетраэдры", но площадь их основания
уже в 41
раза меньше. При втором разделении элементов образуется 42
элементов, пло-
щадь основания которых в 42
раза меньше по отношению к первичному "тетраэдру" и т.д.
Высота "тетраэдров" каждый раз уменьшается в 2 раза. При этом вершины "тетраэдров"
одного уровня находятся на одной и той же высоте и лежат в плоскости (111), которая
также является плоскостью скольжения, что приводит к образованию нового элемента
дислокационной структуры - октаэдра. Его можно рассматривать так же, как фигуру, об-
разованную в результате пересечения двух тетраэдров. Основание первого тетраэдра сов-
падает с первичным элементом в пленке нитрида кремния. Основание второго тетраэдра
лежит на высоте, равной половине высоты первого тетраэдра, находится в двойниковой
ориентации по отношению к основанию первого тетраэдра, а его вершина обращена в
сторону нерабочей поверхности пластины. Грани этого "второго тетраэдра" частично об-
разованы гранями тетраэдров, основания которых совпадают с вновь образованными (т.е.
образованными в результате вписывания нового элемента) элементами рисунка в пленке
нитрида кремния. Очевидно, что образование "второго тетраэдра" и октаэдра происходит
за счет явления самоформирования. Аналогично происходит формирование дислокацион-
ной структуры в плоскостях {110}. Вершины "тетраэдров", образованные плоскостями
скольжения {110}, находятся на одинаковой высоте и лежат в плоскости (111). Это приво-
дит к самоформированию вторичных "тетраэдров", находящихся в двойниковой ориентации
по отношению к первичным и обращенных вершиной в сторону нерабочей поверхности
пластины. Пересечение совокупностей "тетраэдров", образованных плоскостями скольже-
ния {111} и {110}, обеспечивает получение устойчивой взаимосвязанной структуры, со-
стоящей из дислокаций и дефектов упаковки и управляемой параметрами рисунка в
пленке Si3N4.
Дальнейшее разделение элементов рисунка приводит к образованию следующего
уровня дислокационной сетки. Закономерности его образования аналогичны описанным
выше. Этот уровень встраивается в предшествующий, образованный более крупными
элементами, поскольку имеет общие с ним плоскости скольжения, но характеризуется
бóльшей плотностью дислокаций и расположен на меньшей глубине. Количество таких
уровней подбирается опытным путем с учетом требуемой эффективности поглощения некон-
тролируемых примесей. Иначе, от качества исходного материала, чистоты применяемых
реактивов, длительности и сложности технологического цикла изготовления активной
структуры и т.п.
Заявляемое техническое решение предполагает использование в качестве первичного
элемента рисунка как нитрида, так и диоксида кремния. Внешний вид формируемой
структуры в обоих случаях отличается тем, что они являются негативом и позитивом по
отношению друг к другу, однако, как показали экспериментальные исследования, разли-
чия в их эффективности для решения поставленной задачи не замечено.

7. BY 6338 U 2010.06.30
7
Элементы рисунка меньшего размера приводят к возникновению механических на-
пряжений, величина которых уменьшается пропорционально размеру этих элементов.
Кроме того, пересечение плоскостей скольжения дислокаций, генерируемых различными
элементами различного уровня, приводит к их взаимному блокированию и образованию
дислокационных полупетель. Поэтому разделение первичных элементов рисунка на более
мелкие не приводит к прорастанию дислокационной структуры на рабочую поверхность.
Каждой совокупности элементов рисунка одинакового размера соответствует дислокаци-
онная сетка, проникающая на некоторую глубину, зависящую от размеров этих элементов.
С уменьшением размеров, обусловленным последовательным вписыванием все новых
элементов, глубина соответствующей им дислокационной сетки становится меньше, а ее
плотность, обусловленная возрастанием количества элементов, возрастает. Одновременное
наличие элементов рисунка различного размера обеспечивает формирование результи-
рующей дислокационной сетки, представляющей собой множество сеток, соответствую-
щих этим элементам и встроенных друг в друга в определенном порядке. В результате в
объеме пластины формируется устойчивая сетка дислокаций, плотность которой возрас-
тает при приближении к обратной стороне пластины.
Экспериментально установлено, что практически все дислокации блокируются на глу-
бине а, соответствующей пересечению плоскостей скольжения {111} дислокаций, генери-
руемых первичным элементом в пленке нитрида кремния, имеющего при этом
максимальный размер стороны d из всех элементов рисунка, т.е. равной высоте тетраэдра,
которая составляет:
a = d×sin (90° - 35°16') ≈ 0,82d.
Эта глубина не должна превышать толщину пластины t. Отсюда следует, что размер
стороны d элемента рисунка не должен превышать t/0,82 ≈ 1,2t. С учетом глубины актив-
ной структуры и допусков на разброс толщины пластины это требование ужесточается до
значения 1,0t.
Минимальное значение размера d первичных элементов структуры определяется до-
лей объема пластины, которую занимает дислокационная структура. Экспериментально
установленным минимальным значением является d = 0,3t, при котором примерно чет-
верть объема пластины занята дислокациями. Меньшие значения d приводят к заметному
снижению эффективности поглощения неконтролируемых примесей.
Размер элементов следующего уровня, на которые затем разделяют первичные элементы,
определяется размером первичного элемента. Так, каждый правильный треугольник,
представляющий собой первичный элемент, в соответствии с заявляемым техническим
решением может быть разделен ровно на 4 элемента одинакового размера. А каждый из
этих вновь полученных элементов, в свою очередь, также может быть разделен опять таки
на 4 элемента еще меньшего размера и т.д. Минимальный размер элементов рисунка при
этом в принципе ограничен только возможностями технологического оборудования. Од-
нако, как показывает практика, для решения поставленной в данном случае задачи доста-
точно, как правило, до трех уровней вписанных элементов. Внешний вид структур
различного уровня приведен несколько ниже. Трудоемкость формирования рисунка при
этом не зависит от минимального размера элементов.
Толщина пленки нитрида кремния менее 0,1 мкм, например 0,05 мкм, не обеспечивает
достаточно высокого уровня механических напряжений, необходимых для формирования
дислокационной структуры. Дислокационная сетка получается неплотной, процессы
самоформирования практически отсутствуют, поэтому эффективность этой структуры
очень мала. Толщина пленки нитрида кремния более 0,4 мкм, например 0,6 мкм, приводит
к генерации дислокаций не только по краю, но и внутри элементов. Внутри элементов они

8. BY 6338 U 2010.06.30
8
образуются преимущественно в плоскостях )101(и)110(),011( , перпендикулярных по-
верхности пластины, что является неприемлемым.
Толщина пленки диоксида кремния менее 0,1 мкм, например, 0,05 мкм также не обес-
печивает достаточно высокого уровня механических напряжений, необходимых для уси-
ления формирования дислокационной структуры. Ее наличие в этом случае практически
незаметно. Толщина пленки диоксида кремния более 2,0 мкм, например 3,0 мкм, приводит
к сильному дисбалансу напряжений, генерируемых диоксидом и нитридом кремния, в ре-
зультате чего рассмотренные выше закономерности генерации дислокаций перестают со-
блюдаться.
Заявляемое техническое решение поясняется фиг. 1-8.
На фиг. 1 приведено схематическое изображение рисунка на поверхности заявляемой
пластины, состоящее из чередующихся элементов нитрида и диоксида кремния с длиной
стороны d. Углы элементов нитрида кремния ориентированы в кристаллографических на-
правлениях ]112[и]121[],211[ , углы элементов диоксида кремния ориентированы в
кристаллографических направлениях ]112[и]121[],211[ . На фиг. 2 приведено изображе-
ние рисунка, состоящее из первичных элементов, разделенных на элементы меньшего
размера путем вписывания одного уровня элементов другого материала. На фиг. 3 приве-
дено изображение рисунка покрытия, состоящее из первичных элементов, разделенных на
элементы меньшего размера путем вписывания двух уровней элементов другого материа-
ла. На фиг. 4 приведено изображение рисунка, состоящее из первичных элементов, разде-
ленных на элементы меньшего размера путем вписывания трех уровней элементов
другого материала. Внешний вид фрактальной структуры, полученной при использовании
в качестве первичного элемента диоксида кремния, является негативным по отношению к
изображениям, приведенным на фиг. 1-4. В этом случае углы элементов диоксида кремния
ориентированы в кристаллографических направлениях ]112[и]121[],211[ , а углы
элементов нитрида кремния ориентированы в кристаллографических направлениях
]112[и]121[],211[ . На фиг. 5 приведено схематическое изображение элемента дислокаци-
онной структуры, образованной плоскостями скольжения {111} дислокаций, генерируе-
мых первичным элементом рисунка. Для наглядности этот элемент приведен в
координатах XYZ и вписан в куб, представляющий собой множество элементарных ячеек
кристаллической решетки кремния, а соответствующие ему плоскости скольжения выде-
лены заливкой. Элементы дислокационной структуры, образованные плоскостями сколь-
жения {110}, по своей форме аналогичны элементам, образованным плоскостями {111},
но имеют меньшую высоту и находятся внутри последних. Во избежание загромождения
рисунка здесь и на последующих фиг. 6 и фиг. 7 они не показаны. На фиг. 6 приведено
изображение элементов дислокационной структуры, образованных плоскостями скольже-
ния {111} вблизи поверхности пластины, после разделения первичного элемента на эле-
менты меньшего размера. Эти тетраэдры находятся внутри тетраэдра, изображенного на
фиг. 5. На фиг. 7 приведено изображение элементов дислокационной структуры, образо-
ванных плоскостями скольжения {111}, после второго разделения первичного элемента на
элементы меньшего размера. Эти тетраэдры находятся внутри тетраэдров, изображенных
на фиг. 6. На фиг. 8 схематически изображена дислокационная структура, сформированная
в результате релаксации механических напряжений, внесенных в пластину элементами пле-
нок нитрида и диоксида кремния с рисунком, приведенным на фиг. 3, и соответствующая
виду АА*. Сплошными линиями изображены плоскости скольжения дислокаций, соответ-
ствующие первичным элементам рисунка покрытия. Штриховыми линиями изображены
плоскости скольжения, соответствующие элементам, полученным в результате первого
уровня разделения первичных элементов на элементы меньшего размера. Точечными ли-
ниями изображены плоскости скольжения, соответствующие элементам, полученным в

9. BY 6338 U 2010.06.30
9
результате второго уровня разделения первичных элементов на элементы меньшего раз-
мера. Некоторые плоскости скольжения, соответствующие процессам самоформирования
дислокационной структуры, изображены штрихпунктирными линиями.
Таким образом, полученная дислокационная сетка представляет собой сложную орга-
низованную структуру, состоящую из множества тетраэдров, образованных плоскостями
скольжения (111) и (110), причем плотность дислокаций увеличивается при приближении
к нерабочей стороне пластины.
Полученная дислокационная структура действует следующим образом. Распределение
концентрации неконтролируемых примесей по объему пластины определяется их раство-
римостью в различных областях этой пластины. При этом растворимость неконтролируе-
мых примесей в значительной мере определяется возможностью образования химической
связи с материалом пластины. С увеличением количества ненасыщенных (оборванных)
химических связей вероятность образования связи между загрязняющей примесью и
кремнием возрастает, т.к. уменьшается энергия активации их взаимодействия. При отсут-
ствии сетки дислокаций наибольшим количеством оборванных химических связей в
кремнии располагает приповерхностная область пластины, в которой формируется актив-
ная структура полупроводникового прибора. Наличие дислокационной сетки с высокой
плотностью ненасыщенных химических связей приводит к значительному увеличению
растворимости неконтролируемых примесей в объеме пластины, где их влияние на харак-
теристики изготавливаемых приборов практически исключено. В процессе термообработки
при формировании активной структуры полупроводникового прибора неконтролируемые
примеси приобретают высокую подвижность и свободно перемещаются по всему объему
пластины. При охлаждении структур концентрация неконтролируемых примесей перерас-
пределяется в соответствии с существующей в объеме пластины плотностью ненасыщен-
ных химических связей. Поскольку плотность таких связей в области сформированной
дислокационной сетки на несколько порядков превышает их плотность в приповерхност-
ной области, неконтролируемые примеси практически полностью концентрируются в
объеме пластины, а ее рабочая поверхность остается чистой. Отсутствие неконтролируе-
мых примесей вблизи рабочей поверхности заявляемой пластины обеспечивает и отсутствие
их преципитации, т.е. дефекты на рабочей поверхности не образуются. Таким образом,
устойчивость пластины к образованию кристаллографических дефектов в процессе изго-
товления активных элементов полупроводниковых приборов значительно возрастает.
Испытания заявляемых пластин на устойчивость к образованию преципитатов некон-
тролируемых примесей проводили следующим образом.
Для испытаний использовали пластины типа 100 КДБ 10 ориентации (111) и толщи-
ной t = 450 мкм, предварительно отсортированные по завышенному содержанию некон-
тролируемых примесей. Расчетными значениями размера d первичного элемента являются
величины от 0,3t = 135 мкм до 1,0t = 450 мкм. Пленку нитрида кремния требуемой толщи-
ны формировали за счет реакции между дихлорсиланом и аммиаком на установке "Изо-
трон-4-150". Рисунок в пленке нитрида кремния формировали методами стандартной
фотолитографии и плазмохимического травления. Пленку диоксида кремния формирова-
ли путем окисления открытых участков кремния под давлением на установке "Термоком-
М". Характеристики полученной структуры приведены в таблице.
Для оценки устойчивости полученных пластин к дефектообразованию их окисляли в
сухом кислороде в течение 3 часов при температуре 1200 °С на установке АДС 6-100. За-
тем с них удаляли диоксид и нитрид кремния и подвергали травлению в травителе Сиртла
для выявления кристаллографических дефектов на рабочей стороне структур. Плотность
микродефектов, отражающих наличие неконтролируемых примесей, а также плотность
дислокаций определяли методом оптической микроскопии при увеличении 250×
. Резуль-
таты контроля приведены в таблице.

10. BY 6338 U 2010.06.30
10
Влияние характеристик пленки нитрида и диоксида кремния
на устойчивость пластин к дефектообразованию
№
п/п
Толщина
пленки
нитрида
кремния,
мкм
Толщина
пленки
диоксида
кремния,
мкм
Размер
первич-
ного эле-
мента,
мкм
Количест-
во уровней
вписанных
элементов
Ориен-
тация
сторон
эле-
ментов
Вид пер-
вичных
элементов и
ориентация
их углов
Плот-
ность
дисло-
каций,
см-2
Плот-
ность
микроде-
фектов,
см-2
1 0,05 0,3 250 2 <110> А* 3x103
4x103
2 0,1 0,8 250 2 <110> А* 3x101
3x101
3 0,3 4x101
3x101
4 0,4 1x102
4x101
5 0,6 0,8 250 2 <110> А* 5x103
3x102
6 0,3 0,05 250 2 <110> А* 8x102
1x103
7 0,3 0,1 250 2 <110> А* 2x102
5x101
8 2,0 6x101
2x101
9 0,3 3,0 250 2 <110> А* 3x103
7x102
10 0,3 1,0 50 2 <110> А* 5x102
1x103
11 0,3 1,0 135 2 <110> А* 1x101
5x101
12 450 3x102
1x101
13 0,3 1,0 600 2 <110> А* 5x103
3x102
14 0,3 1,0 250 0 <110> А* 7x101
1x102
15 0,3 1,0 250 1 <110> А* 2x101
4x101
16 2 3x101
7x101
17 3 7x101
9x101
18 0,3 1,0 250 2 <110> Б* 8x101
5x101
19 0,3 1,0 250 2 <112> А* 5x106
-
20 0,3 1,0 250 2 <110> А** 5x102
7x103
21 Прототип 1x103
5x105
Примечания к таблице.
А - первичный элемент нитрид кремния, Б - первичный элемент диоксид кремния, * -
ориентация углов элементов в направлениях ]112[и]121[],211[ , ** - ориентация углов
элементов в направлениях ]112[и]121[],211[ .
Из приведенных данных видно, что при использовании заявляемого технического ре-
шения устойчивость пластин к дефектообразованию значительно возрастает. Ориентация
сторон элементов рисунка в направлениях типа <112> приводит к значительному повы-
шению плотности дислокаций и дефектов упаковки на рабочей стороне пластин. Ориен-
тация углов элементов рисунка в направлениях ]112[и]121[],211[ приводит к снижению
эффективности поглощения неконтролируемых примесей. Использование запредельных
значений заявляемых параметров не позволяет в полной мере решить поставленную задачу.
Таким образом, заявляемое техническое решение позволяет по сравнению с прототи-
пом повысить устойчивость пластин к дефектообразованию.

11. BY 6338 U 2010.06.30
11
Фиг. 1 Фиг. 2
Фиг. 3
Фиг. 5 Фиг. 6

12. BY 6338 U 2010.06.30
12
Фиг. 7
Фиг. 8
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.