7.9. Движение и залечивание пор на границе сращивания стандартных пластин кремния

В предыдущем разделе рассмотрен механизм сращивания стандартных пластин кремния с тонкими слоями SiO₂ на их по­верхности. Упоминалось об образовании на поверхности сращива­ния пустых и газонаполненных пор и полостей, несомненно влияющих отрицательным образом на рабочие характеристики по­лучаемых структур. Возникает задача удаления этих пор и полос­тей посредством влияния внешних факторов, например, термооб­работка структур под высоким давлением. Ниже на примере иде­ального твердого тела [12,13] рассматрены процессы движения и залечивания пор и полостей в рамках различных механизмов движения атомов твердого тела.

Согласно [12,13], возможны три основных механизма диффузи­онного движения включений, микропор и микрополостей на гра­нице раздела. Первый из них связан с диффузионными потоками вакансий , возникающими на границе раздела под действием внешних сил, и создаваемыми ими потоками атомов, противопо­ложно направленными и равными по величине . Вдали от включения в кристалле, размеры которого гораздо больше разме­ров включения, поток имеет постоянное значение , но вблизи включения линии тока искажаются и поток в рассматриваемой точке зависит от ее радиуса-вектора . При этом возникают линии тока вакансий (атомов), идущие от границ кристалла к включению или от одних участков поверхности включений к дру­гим. Поэтому потоки вакансий, попадающих на переднюю и зад­нюю части включения, различны, атомы постепенно переходят с атомных слоев кристалла перед включением на атомные слои позади включения, достраивая последние, и включение как целое перемещается относительно кристаллической решетки окру­жающей матрицы.

Второй механизм диффузионного движения включений связан с диффузией на поверхности микропоры или с граничной диффузией в тонком аморфизированном слое на границе включения с матри­цей. Направленные поверхностные или граничные диффузионные потоки, возникающие под действием движущих сил, приводят к переносу атомов матрицы от передней половины к задней поло­вине включения, в результате чего микропора или включение (час­тица) перемещается. Этот механизм играет важную роль при не очень высоких температурах, когда велико отношение коэффици­ентов поверхностной (граничной) и объемной диффузии, и при ма­лых размерах включений, когда отношение площади их поверхно­сти к объему не очень мало.

Третий механизм движения включений на границе раздела свя­зан с переносом атомов матрицы от одной части границы включе­ния к другой через само включение. В нашем случае такой меха­низм возможен, так как значение коэффициента диффузии атомов в объеме включения (микропоры) достаточно велико.

Ниже в рамках теории Гегузина и Кривоглаза [12, 13] рассмот­рены различные механизмы движения пор на границе раздела стандартных пластин кремния, образующихся при их сращивании в различных условиях. Даны оценки скоростей пор v и времен зале­чивания пор и полостей _r,L для различных механизмов перемеще­ния пор в подложках и на границе раздела.

7.9.1. Скорость движения пор, связанных с диффузионными потоками в объеме матрицы, в поле температурного градиента

Согласно [12,13], в этом случае скорость пор в объеме кристалла дается выражением

v = 2  (/T) D T_. (7.3)

Здесь  = 1  10 – кинетический коэффициент теории, определяе­мый в экспериментах;   1/2 – параметр теории, зависящий от те­плопроводности поры ₀ и кристалла , так что

 = ( - _o)/(2 + _o), (7.4)

Т – температура, _ – температурный градиент в объеме кри­сталла.

Для оценки порядка величины скорости в кремнии для рассмат­риваемого механизма движения пор положим, например, 2 ~ 1;  ~ 1, T ~ 10³ K, |_| ~ 10³ K/cм, D ~ 10^-8 см²/с. Тогда, согласно (7.3),

v ~ 1 Å/c.

При более низких температурах v резко уменьшается. Напри­мер, при Т = 800 К, D ~ 10^-10 см²/с, а v = 10^-10 см/с = 10^-2 Å /c.