Дефекты ТПС и контроль качества интерфейса

C) Контраст изображения рентгено-дифракционного исследования

той же структуры после высокотемпературного отжига.

При незначительном нарушении плоскостности, вызываемом волнистостью поверхности исходных пластин возникает взаимная упругая деформация пластин в паре, то есть пластины подстраиваются друг под друга. Рентгено-дифракционные исследования этапов ТПС показали, что контраст изображений, полученных после первого этапа сращивания (приведение пластин в контакт при комнатной температуре) не отличается от контраста, полученного на этих же структурах после высокотемпературного отжига (рис.9). Этот факт свидетельствует о том, что деформация возникает, в основном, уже при комнатной температуре.

Именно взаимной деформацией пластин можно объяснить факт успешного сращивания стандартных полированных кремниевых пластин толщиной ~ 0,5 мм и диаметром 76–100 мм, неплоскостность которых в свободном состоянии больше 5 мкм. В общем случае, если вводятся в контакт пластины разной толщины, площадь сцепления определяется толщиной более тонкой пластины, легче подвергающейся деформации.

Однако подобной деформацией можно пренебречь лишь при изготовлении методом твердофазного прямого сращивания SOI-структур (silicon on insulater). При формировании р-п переходов деформационный потенциал отрицательно влияет на электрофизические параметры интерфейса. В этих случаях необходимо уделять плоскостности пластин повышенное внимание.

Гладкость поверхности пластин, или иначе, микро-шероховатость, – микропараметр, принципиально важный при проведении процедуры сращивания. Для оценки качества поверхности используют обычно средне-квадратичную величину микро-шероховатости. Если микро-шероховатость превышает некую критическую величину, сращивание становится невозможным. На практике сцепление кремниевых пластин при приведении их в контакт происходит спонтанно, если их средне-квадратичная микро-шероховатость менее 0,5 нм. Для стандартных кремниевые пластин после финишной химико-механической полировки эта величина составляет единицы ангстрем, что делает их по этому параметру вполне пригодными для процедуры сращивания.

Основным дефектом при ТПС является появление несплошностей (“пузырей”)на границе раздела. Поэтому подавление “пузырей”, на границе раздела является главной проблемой в технологии прямого сращивания. Обычно пузыри возникают из-за попадания частиц пыли, локальных поверхностных загрязнений, недостаточной плоскостности пластин. Практика показывает, что размеры несросшихся областей во много раз превышают размеры самого дефекта или случайно попавшей на поверхность частицы. Так, например, при сращивании при комнатной температуре кремниевых пластин диаметром 100 мм и толщиной 525 мкм изначальное присутствие на границе раздела пылинки размером 1мкм приводит к образованию пузыря диаметром ~0.5см. При попадания воздуха между соединяемыми пластинами также возникают пузыри, так как в этом случае контактная волна при соединении пластин при комнатной температуре начинается от двух или более источников одновременно.

Пузыри, возникшие при комнатной температуре, как правило, не исчезают после высокотемпературного отжига. Поэтому надо сразу исключить возможность их появления, необходимо использовать для сращивания максимально плоские пластины, проводить отмывку непосредственно перед процедурой соединения, осуществлять все операции в обеспыленной среде. Попадание воздуха может быть исключено осуществлением процесса сращивания в вакууме. В ФТИ разработана оригинальная методика соединения пластин перед сращиванием непосредственно в обеспыленной воде.

Для обеспечения при сращивании минимального уровня дефектов и высокой однородности интерфейса осуществляют контроль качества интерфейса на различных этапах сращивания. Для этих целей широко применяется уже упомянутоерентгено-дифракционное исследование. Достаточно информативным методом контроля сплошности сращивания является широко используемая инфракрасная фотометрия, проводимая методом лазерного сканирования в режиме строчной развертки. Присутствие на интерфейсе пузырей сопровождается появлением концентрических интерференционных колец.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА

При сращивании свободных от окисла кремниевых пластин особый интерес представляют электрофизические свойства границы раздела, так как они могут оказать существенное влияние на электрические параметры разрабатываемых многослойных сильноточных приборов.Наличие структурных дефектов, возможных загрязнений или тонкого слоя окисла на интерфейсе способствуют возникновению потенциального барьера, ограничивающего, в той или иной степени, перенос носителей тока через интерфейс.

Исследование переноса заряда через интерфейс в p/p и n/n – структурах при гидрофильном сращивании при комнатной температуре обнаружило неомическое поведение образцов при измерении вольтамперных характеристик, что свидетельствовало о наличии на интерфейсе потенциального барьера. Однако при отжиге образцов при температурах выше 900^oC барьер исчезал. Это может быть объяснено дезинтеграцией тонкого естественного окисла в области интерфейса за счет диффузии кислорода в кремнии. При гидрофобном сращивании p/p и n/n структуры, они демонстрировали омические вольтамперные характеристики сразу при возникновении однородного интерфейса.

Особый интерес представляет возможность формировать методом прямого сращивания p-n-переходы. Однако в этом случае требования к соблюдению полупроводниковой чистоты на всех операциях процесса сращивания являются особенно жесткими, так как присутствие рекомбинационных центров на границе сращивания, неизбежно приведет к резкому снижению времени жизни носителей заряда, что может играть критическую роль, если интерфейс располагается в активной области прибора. Эти требования в первую очередь следует учитывать при формировании методом ТПС мощных полупроводниковых приборов с p-n-переходами.

Дата добавления: 2014-10-15