Формирование стабильной дефектной структуры в кремениевых диодах генераторов шума

Исследованы возможности и методы создания стабильной дефектной, в том числе дислокационной, структуры вблизи зон p–n-переходов кремниевых диодов генераторов шума на пластинах с кристаллографической ориентацией (111) и (001). Эффективное управление распределением неконтролируемых примесей в монокристаллическом кремнии достигается путем формирования в его объеме стабильной дислокационной структуры. При этом для получения воспроизводимых характеристик диодов генераторов шума необходимо, чтобы плотность дислокаций была однородной по всей площади пластины. Поскольку на краю дислокационного следа плотность дислокаций несколько ниже, чем в его середине, то это означает, что дислокационные следы, образованные соседними зонами оплавления с помощью лазерного пучка, должны перекрываться. На основании экспериментальных исследований установлено, что необходимая степень равномерности плотности генерируемых дефектов достигается при соблюдении условия a = (1,5–5,0)d, где а – шаг, d – ширина лазерного пятна на пластине. Процесс оплавления проводили в среде азота с применением лазерной установки геттерирования. Реальная ширина зоны оплавления оказалась не- много больше диаметра лазерного пятна за счет теплопроводности кремния и составила ∼10 мкм. Усиление генерации дислокаций на образующихся включениях Si3N4 в отличие от дислокаций на границе Si–SiО₂ приводит к дополнительному расширению дислокационного следа на рабочей поверхности пластины. Стабильность дислокационной структуры, а также наличие в местах дислокаций примесных и вторичных атомов металлов в исследуемой структуре ND 103L подтверждены методом вторичной ионной масс-спектроскопии (SIMS). Результаты исследования прошли апробацию в ОАО «ИНТЕГРАЛ» – управляющая компания холдинга «ИНТЕГРАЛ» и могут быть использованы при изготовлении кремниевых диодов генераторов шума.

1. Баранов, В. В. Приборы твердотельной электроники, тестирование, измерения. Биомедицинские диагностические технологии / В. В. Баранов // Докл. БГУИР. – 2014. – № 2 (80). – С. 23–31.

2. A comprehensive studyof the impact of dislocation loops on leakage currents in Si shallow junction devices / C. Nyamhere [et al.] // J. Appl. Phys. – 2015. – Vol. 118. – P. 184501. http://doi.org/10.1063/1.4935293

3. Особенности дефектообразования в процессе термообработки бездислокационных монокристаллических пластин кремния большого диаметра с заданным распределением в объеме кислородсодержащих геттерирующих центров / Ю. Б. Васильев [и др.] // Изв. вузов. Материалы электрон. техники. – 2012. – № 2. – С. 43–50. http://doi.org/10.17073/1609-3577-2012-2-43-50

4. Emelyanov, V. A. Evolution of VLSIs Materials and Packaging Technology Correlated with Progress of Thin Films Deposition and Outlets Bonding Methods / V. A. Emelyanov, V. V. Baranov, А. V. Emelyanov // Proceedings of the 2nd Electronics System-Integration Technology Conference – ESTC-2008. – London, 2008. – P. 779–783. https://doi.org/10.1109/estc.2008.4684450

5. Емельянов, В. А. Технология микромонтажа интегральных схем / В. А. Емельянов; под ред. В. В. Баранова. – Минск: Беларус. навука, 2002. – 335 с.

6. Достанко, А. П. Распределение остаточных механических напряжений в тонких пленках / А. П. Достанко, В. В. Баранов, Я. А. Соловьев // Докл. Нац. акад. наук Беларуси. – 2002. – Т. 46, № 4. – С. 119–122.

7. Баранов, В. В. Изделия силовой электроники, датчики, биомедицинские технологии / В. В. Баранов // Докл. БГУИР. – 2019. – № 3 (121). – С. 70–75.

8. Достанко, А. П. Пленочные токопроводящие системы СБИС / А. П. Достанко, В. В. Баранов, В. В. Шаталов. − Минск: Высш. шк., 1989. − 238 с.

9. Кислый, П. С. Кремния нитрид / П. С. Кислый // Химическая энциклопедия. – М.: Совет. энцикл., 1990. – Т. 2. – С. 519.

10. Мильвидский, М. Г. Кремний. / М. Г. Мильвидский // Химическая энциклопедия. – М.: Совет. энцикл., 1990. – Т. 2. – С. 508–509.

11. Электрофизические параметры диодов генераторов широкополосного шума / В. В. Буслюк [и др.] // Микроэлектроника. – 2020. – Т.49, № 4. – С. 314–320. http://doi.org/10.31857/S0544126920040031