Технология полупроводникового кремния - Фалькевич Э.С.
ISBN 5-229-00740-0
Скачать (прямая ссылка):
Содержание (сумма) регламентируемых примесей для графита особой чистоты должно быть < 6,2 • IO-4 % (по массе), в том числе: sS 3 • IO"5 % Fe, Al, Mg, < 1 • IO'5 % В, Mn, Cu, < 1 • Ю'4 % Si.
Выращивание монокристаллов с высоким структурным совершенством
В настоящее время почти .100 % монокристаллов выращивают по методу Чохральского с бездислокационной структурой.
Важнейшей составной частью процесса получения бездислокационного монокристалла является правильное затравливание. В качестве затравочных используют кристаллы, вырезанные в определенном кристаллографическом направлении из ранее выращенных монокрис-
277
таллов. Затравочные монокристаллы одноразового использования для небольших загрузок (до 10 Kj;) представляют собой призмы высотой 40-60 мм сечением 3X5 мм2. Затравочные монокристаллы для загрузок массой 15-30 кг имеют цилиндрическую форму, диаметр таких кристаллов 12,6 мм, длина 100-150 мм (используют многократно).
Наличие или отсутствие дислокаций в затравочном кристалле не является важным.
Затравливание производят следующим образом. После расплавления исходной загрузки температуру расплава за счет изменения мощности на нагревателе устанавливают такой, чтобы введенный в контакт с расплавом затравочный кристалл подплавлялся. Визуально подплав-ление затравки оценивают по поднятию мениска на 2-3, мм над уровнем расплава. После подплавления затравки устанавливают скорость выращивания 0,5-1 мм/мин, а мощность уменьшают на величину, необходимую для получения шейки диам. ~ 3 мм. Постепенно уменьшая температуру расплава, скорость выращивания увеличивают до
3- 6 мм/мин. При правильном сочетании указанных операций кристалл становится бездислокационным через несколько сантиметров от места затравливания, переход к бездислокационному росту хорошо виден по появлению на шейке более глубокой винтовой нарезки (см. гл. I). Необходимо заметить, что для ориентации монокристаллов (100) более важное значение имеет небольшой диаметр шейки, а для ориентации (111) высокая скорость ее выращивания.
После формирования бездислокационной шейки выращивают верхний конус, угол разращиёания от 60 до 175° в зависимости от заданной программы. Окончив разращивание конической части, как правило, на скорости 0,5- 0,8 мм/мин, плавным увеличением скорости до заданной и уменьшением числа оборотов тигля переходят к выращиванию цилиндрической части монокристалла.
Для сохранения бездислокационного роста необходимо прежде всего исключить попадание в расплав частиц твердой, фазы (частиц конден-' сата, оседающего на внутренней поверхности экранировки, внутренней стенке тигля; твердых частиц, попадающих по трубопроводу с инертным газом и т.д.). Параметры выращивания (скорость перемещения штока, вращение слитка и расплава, перемещение тигля, расход инертного газа, скорость откачки, величина остаточного давления в камере выращивания и т.д.) в случае необходимости изменяют плавно, причем градиент изменения параметров не должен превышать определенной величины для каждого из них. Вибрация расплава при достижении величины амплитуды больше критической приводит к нарушению бездислокационного роста (за счет ’’нахлеста” расплава на монокристалл). Кроме того, концентрация легирующей примеси в расплаве не должна превышать предела ее растворимости в течение всего процес-
278
са выращивания бездислокационного кристалла. Оптимальная скорость выращивания цилиндрической части зависит от соотношения между диаметром кристалла и внутренним диаметром тигля, а также от особенностей тепловой системы. Экспериментально установлено, что диаметр тигля должен в 2,5-3 раза превышать диаметр монокристалла.
Когда длина цилиндрической части достигает 5-.10 мм, выращиваемый монокристалл начинает уменьшаться в диаметре за счет понижения уровня расплава. Необходимо, не допуская этого, задать перемещение тигля с расплавом вверх, компенсируя понижение его уровня. После выращивания монокристалла длиной 15-20 мм, включают систему автоматического поддержания диаметра (САРД).
Процесс выращивания заканчивается при обязательном создании обратного конуса, чтобы в монокристалле не зародились дислокации при отрыве его от расплава вследствие термоудара.
По описанной технологии в настоящее время успешно выращиваются бездислокационные монокристаллы диам. sS 200 мм.
Если необходимо вырастить монокристалл с дислокациями, затравливание проводят следующим образом. После подплавления затравочного кристалла сразу же начинают выращивать коническую часть кристалла без выращивания шейки, дальнейшее же выращивание ,протекает, как обычно.
Применяя специальную экранировку и поддерживая фронт кристаллизации слегка выпуклым (близким к плоскому), что достигается изменением скорости выращивания по специальной программе, можно получить монокристаллы с равномерной плотностью дислокаций (со средней плотностью 1 • IO3-I - IO4 см-2) без малоугловых границ.
Для монокристаллов, выращиваемых методом Чохральского, характерны более высокая, чем в монокристаллах бестигельной зонной плавки, концентрация кислорода и углерода, а также более низкая скорость охлаждения в процессе выращивания. В настоящее время нет единого мнения, подобны ли микродефекты в монокристаллах, выращенных по Чохральскому, микродефектам кремния, полученного бестигельной зонной плавкой, или они представляют собой преимущественно преципитаты примесей.
