Дефекты в кристаллах. При выращивании монокристаллов из расплава очень трудно получить материалы со строго регулярной структурой

При выращивании монокристаллов из расплава очень трудно получить материалы со строго регулярной структурой. Обычно в процессе производства получаются неоднородности разных ти­пов, нарушается периодичность кристаллической решетки, появляются дефекты.

Дефекты делятся на макроскопические, возникающие в процессе образования и роста кристаллов (например, трещины, поры, инородные макроскопические включения), и микроскопические, обусловленные микроскопическими отклонениями от периодичности. Микродефекты делятся на точечные и линейные. Точечные дефекты бывают трех типов: 1) вакансия — отсутствие атома в узле кристаллической решетки (рис. 111, а); 2) междоузельный атом — атом, внедрившийся в междоузельное пространство (рис. 111, б); 3) примесный атом — атом примеси, либо замещающий атом основного вещества в кристаллической решетке (примесь замещения, рис. 111, а), либо внедрившийся в междоузельное пространство (примесь внедрения, рис. 111, б; только в междоузлии вместо атома основного вещества располагается атом примеси). Точечные дефекты нарушают лишь ближний порядок в кристаллах, не затрагивая дальнего порядка,— в этом состоит их характерная особенность.

Линейные дефекты нарушают дальний порядок. Как следует из опытов, механические свойства кристаллов в значительной степени определяются дефектами особого вида — дислокациями. Дислокации — линейные дефекты, нарушающие правильное чередование атомных плоскостей. Дислокации бывают краевые и винтовые. Если одна из атомных плоскостей обрывается внутри кристалла, то край этой плоскости образует краевую дислокацию (рис. 112, а). В случае винтовой дислокации (рис. 112, б) ни одна из атомных плоскостей внутри кристалла не обрывается, а сами плоскости лишь приблизительно параллельны и смыкаются друг с другом так, что фактически кристалл состоит из одной атомной плоскости, изогнутой по винтовой поверхности.

Дислокации могут служить центрами генерации и рекомбина­ции свободных электронов, они влияют на время жизни носителей заряда.

Плотность дислокаций δ определяется как отношение общей длины линий дислокаций к объему образца. Для изготовления полупроводниковых приборов применяют Ge и Si с плотностью дислокаций δ, не превышающей 10⁴ на 1см², причем для разных типов приборов существует свое предельное значение δ. Например, для сплавных транзисторов требуются Ge и Si с плотностью дисло­каций до 10³-5·10⁴ см^-2, для эпитаксиальных — до 10² см^-2 и т. д.

Плотность дислокаций исходного полупроводникового мате­риала во многом определяет электрические параметры приборов, а также разброс этих параметров от экземпляра к экземпляру. От плотности дислокаций в материале зависит и процент годных приборов в серийном производстве.

4. Анизотропное травление.

Характерная особенность локального травления (травления через защитную маску) — подтравливание (рис. 3) Травление происходит не только в нужном направлении (перпендикулярно поверхности кристалла), но и в ненужном (вдоль плоскости кристалла — под маску). В результате размер отверстия отличается от размера «окна» в маске. Причем отличие тем больше, чем больше его глубина. Поскольку микроминиатюризация микросхем носит явный анизотропный характер (размеры углублений в плоскости уменьшаются быстрее, чем их глубина), количественные изменения переходят в качественные. Изотропное травление в микросхемах с высоким уровнем разрешения становится принципиально непригодным.

Как сделать, чтобы травление в одном направлении происходило с большей скоростью, чем в другом (шаг назад от ИКР)? А еще лучше, как сделать, чтобы травление происходило в одном направлении и не происходило в другом направлении (ИКР)? ИКР — идеальный конечный результат.

Для этой изобретательской задачи уже найдено решение. В последние годы широко стали использоваться методы анизотропного травления. В основу данного решения положен известный физико-химический эффект: скорость химической реакции травления зависит от кристаллографического направления. Кристалл кремния (кристалл с кубической решеткой) имеет три кристаллографические плоскости (100, 11О, 111)

Логично, что наименьшая скорость травления характерна для того направления, где плотность расположения атомов кремния максимальна (111), а наибольшая для того, где плотность расположения атомов минимальна (100). Травление идет параллельно плоскости (111), которая оказывается как бы «непроницаемой» для травителя. Поэтому при анизотропном травлении наружные размеры углублений практически совпадают с размерами «окон» в маске.

Дата добавления: 2014-01-13