Лекции / Конспект лекций по ФХОТЭС. ЮЗГУ. / Конспект лекций / lect1 / Lekcia15

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ НАДЕЖНОСТИ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ И ЭЛЕКТРОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СРЕДСТВ

1. Общие дефекты в твердых телах

Во всех реальных кристаллических твердых телах имеются элементарные дефекты кристаллической структуры, оказывающие влияние, нередко решающее, на микроскопические свойства и состояние твердых тел.

Такими дефектами являются:

1. Точечные дефекты – вакансии, спаренные вакансии, межузельные атомы и др.

2. Одномерные (линейные) дефекты – дислокации, т.е. искажения структуры кристаллической решетки.

3. Двухмерные (поверхностные) дефекты – границы зерен и двойников, дефекты упаковки и др.

4. Трехмерные (объемные) дефекты – пустоты, включения и т.д.

Самым распространенным типом дефектов в кристалле являются точечные дефекты, которые оказывают наибольшее влияние на механизм и кинетику процессов ползучести, длительного разрушения, образования диффузионной пористости и других процессов, связанных с переносом атомов в материалах. В реальных кристаллах точечные дефекты постоянно зарождаются и исчезают под действием тепловых флуктуаций. Различают два механизма возникновения точечных дефектов:

• при выходе атома на внешнюю поверхность или поверхность пор в кристалле – механизм Шоттки;

• при образовании внутри решетки «своего» межузельного атома и, следовательно, пары «вакансия – межузельный атом» – механизм Френкеля.

В результате тепловых флуктуаций наибольшее число точечных дефектов возникает по механизму Шоттки. При пластической деформации, закалке а также при облучении металлов быстрыми электронами и -лучами действует механизм образования дефектов Френкеля.

2. Дефекты 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:

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

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

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

Технологически вносимые – это дефекты, возникающие:

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

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

• при диффузии: дефекты, иницируемые внешними (дислокации и линии скольжения) и внутренними (сетки дислокаций несоответствия, дефекты упаковки, включения 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.