Введение к работе
Актуальность
Представляемая диссертационная работа посвящена, в основном, изучению крупномасштабных (с размерами 6-20 мкм) скоплений электрически-активных примесей в различных полупроводниковых материалах (кремнии, германии, арсениде галлия и фосфиде индия). Особое внимание уделено монокристаллам кремния, выращенных методом Чохральского, поскольку этот материал играет исклгочителыгую роль в микроэлектронных приложениях.
Вероятно, в настоящее время в исследованиях кремния, выращенного методом Чохральского, можно выделить условно два направления. .
Первое - чисто технологическое, связанное с получением монокристаллов заданной чистоты и максимально возможной однородностью распределения примесей на подложках
-4- .-большого - более 200 мм - диаметра. Это направление также связано с встраиванием термических обработок для создания чистых приповерхностных зон и внутренних геттерирующих слоев в общий технологический цикл.
Во-вторых, не угасает интерес и к вопросам фундаментального характера. Несмотря на огромное количество. публикаций за последние сорок лет, проблемы термодинамики кристаллической решетки,' содержащей различные примеси, активно обсуждаются и сейчас. Наиболее активно изучается поведение так называемых легких примесей -. кислорода, углерода, азота и водорода, проникновение которых в кристалл неизбежно или в процессе роста или в результате технологических обработок. Фактически диффузия, растворимость этих примесей, а также их взаимодействие между собой и собственными точечными дефектами - вакансиями и межузельными атомами, определяют качество интегральных схем.
Среди многочисленных методов контроля монокристаллов кремния особое место занимают неразрушающие и
-5-бесконтактные методы. Особый успехом пользуется метод инфракрасной спектроскопии, всегда применяемый, например, для оценки концентрации преципитируїощего кислорода и углерода.
Представляемая диссертационная работа является естественным развитием работ, проведенных и в ИОФ АН в период 1970-1982 гг. Эти работы привели к созданию нового бесконтактного и неразрушающего метода регистрации дефектного состава объема полупроводников, получившего название метода малоуглового рассеяния света. С его помощью в монокристаллах кремния, выращенного методом бестигелыгой зонной плавки, и особо чистого германия были обнаружены крупномасштабные (с размером порядка 10 мкм) примесные скопления, получившие название "кислородных примесных облаков". Крупномасштабные примесные скопления были обнаружены и в монокристаллах кремния, выращенного методом Чохральского, фосфиде индия и арсениде галлия. Хотя эти примесные скопления не оказывают заметного влияния на макроскопические электрофизические параметры -
кристашга (время жизни, проводимость), внутри них электрофизические параметры могут отличаться очень сильно от средних по кристаллу.
Поэтому актуальность темы диссертации определяется необходимостью детального исследования таких скоплений, то есть получения информации об их составе, концентрации, ориентации и т.д. и определения их места в ряду других дефектов, определяющих качество интегральных схем. Из вышесказанного следуют
Цели работы
Целями диссертационной работы являются как исследования крупномасштабных примесных скоплений с точки зрения примесных центров, их образующих, так и с точки зрения рекомбинационной активности скоплений, а также разработка эффективных методов, позволяющих проводить такие исследования.
Научная новизна
Исследован примесный состав крупномасштабных
скоплений в монокристаллах германия, выращенного в
атмосфере водорода. Показано, что крупномасштабные
примесные скопления в монокристаллах арсенида галлия и
фосфида индия представляют собой скопления
ионизированных при 300К примесей. Показано, что крупномасштабные примесные скопления в монокристаллах кремния, выращенного методом Чохральского, представляют собой по крайней мере два типа дефектов: цилиндрические и сферические, содержащие в себе центры типа термических доноров в первом случае, и комплексы кислород-вакансия - во втором. Ни один из этих типов дефектов не является центром рекомбинации носителей.
Научная и практическая ценность работы.
-8-Научная ценность работы заключается, в частности, в классификации крупномасштабных примесных скоплений в кремнии, выращенном методом Чохральского, и предложенным вероятным механизмом их образования. Практическая ценность диссертации заключается в возможности создания приборов, позволяющих бесконтактно и неразрушающе контролировать качество приповерхностных слоев кремниевых подложек - рабочих слоев.
Апробация работы
Материалы диссертации докладывались и обсуждались на семинарах ИОФ РАН, ИХВВ РАН, на Республиканских
конференциях молодых ученых (Ташкент,1984-1985 гг.), на 7 7 '")
/- -..''' *~ " '
7 Всесоюзной конференции по росту кристаллов (Москва, 1988
г.), на 3 и 4 Международных симпозиумах по обнаружению
дефектов и обработке изображений в целях исследования и
производства полупроводников (Токио, 1989 г., Манчестер,
1991 г.,), на 1 Национальной конференции по дефектам в
-9-
полупроводниках (Санкт-Петербург, 1991 г.), на 1
Международной конференции по материалам для микроэлектроники (Барселона, 1994 г.).
Публикации
По результатам диссертации опубликовано 9 печатных работ, список которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем диссертации
