Исследование прочностных свойств монокристаллов и пластин полупроводников, обусловленных напряженно-деформированным и дефектно-примесным состоянием кристаллической решетки : отчет о научно-исследовательской работе (заключительный) / научный руководитель В. С. Просолович

Abstract

Объектом исследований являлись монокристаллы и пластины монокристаллического кремния и арсенида галлия. Целью работы являлось решение проблемы механической прочности монокристаллов и пластин полупроводников в процессах выращивания монокристаллов и термообработок пластин, связанной с напряженно-деформированным и дефектно-примесным состоянием кристаллической решетки В результате исследований экспериментально показано, что прочностные характеристики полупроводниковых монокристаллов и структур (микротвердость Н, микрохрупкость Z, коэффициент вязкости разрушения К1С и эффективная энергия разрушения γ) существенным образом зависят от условий выращивания. Наблюдаются существенные различия микропрочностных свойств образцов, вырезанных из нижних и верхних частей одного и того же слитка. Экспериментально показано, что у границы раздела SiO2/Si существует упрочненный слой толщиной 0,2-0,4 мкм с микротвердостью 20-35 ГПа, которая в два-три раза превосходит величину микротвердости, характерную для объема монокристалла. Толщина и величина микротвердости указанного слоя зависят от условий выращивания окисла. Формирование этого слоя обусловлено, вероятнее всего, междоузельными атомами кремния, образующимися у границы раздела SiO2/Si при окислении кремния. Обнаружен эффект снижения прочности приповерхностных слоев кремния при нанесении на пластину полимерных пленок промышленного фоторезиста ФП 9120. Установлено, что быстродиффундирующие технологические примеси (Cu, Na, Fe), преимущественно располагающиеся в междоузельном положении, увеличивают микротвердость кремния. Показано, что геттерирующая термообработка арсенида галлия с нанесенными на поверхность пленками Cr, V, AlN усиливает приповерхностное разупрочнение. Эффект приповерхностного разупрочнения обусловлен двумя причинами: генерацией вакансий вследствие испарения из приповерхностной области мышьяка и очисткой от междоузельных примесей. Полученные результаты станут научной основой развития технологии получения и обработки монокристаллов кремния и соединений А3В5 и будут практически значимыми для снижения дефектности при разработке и совершенствовании технологий обработки полупроводниковых пластин.