Технология полупроводникового кремния - Фалькевич Э.С.
ISBN 5-229-00740-0
Скачать (прямая ссылка):
На образование микродефектов существенное влияние оказывает легирование примесями, создающими п- и p-тип электропроводности с концентрацией IO17 см"3. В частности, примеси сурьмы, фосфора, мышьяка подавляют образование дефектов .A-типа, а примеси бора, галлия препятствуют образованию дефектов В-типа.
Распределение микродефектов в бездислокационных монокристаллах зависит от колебаний микроскопической скорости роста и формы фронта кристаллизации. Чем меньше колебания микроскопической скорости роста, тем ниже плотность микродефектов. Плоский фронт
279
кристаллизации является наиболее предпочтительным для получения равномерного распределения микродефектов. При увеличении конвекции в расплаве, в результате чего возрастают температурные флуктуации на фронте кристаллизации, а также при асимметрии температурного поля в растущем кристалле, что ведет к периодическому оплавлению растущего кристалла, распределение микродефектов в продольном сечении становится слоистым, а в поперечном - имеет вид колец или спирали (свирл-дефект).
Микродефекты обычно отсутствуют в зоне шириной ~ 2 мм, прилегающей к боковой поверхности слитка. Ширина бездефектной приповерхностной зоны, а также плотность микродефектов при прочих равных условиях зависят от величины нормального градиента температуры на фронте кристаллизации растущего кристалла.
Экспериментально установлено, что оптимальным для выращивания монокристаллов с равномерно распределенными микродефектами (без свирл-картин) является градиент в интервале 30-45 К/см. При этом успешно выращивались монокристаллы диам. 105±2 ммл-и р-типа электропроводности с номинальной величиной УЭС, равной 4,5 Ом • см и 12 Ом • см соответственно и плотностью равномерно распределенных микродефектов < 1 • IO3-1 • IO4 см-2 (при подсчете учитывали микродефекты, линейные размеры ямок травления которых > 6,8 мкм).
Компоновка и расчет лигатуры
Исходным материалом для выращивания монокристаллического кремния являются поликристаллические кремниевые стержни (см. гл. IV) и так называемый оборотный кремний, т.е. остатки, образующиеся после, вырезки из выращенного как методом Чохральского, так и бестигельной зонной плавкой марочного монокристалла. Важным требованием к свойствам исходного кремния является отсутствие после его расплавления шлака на поверхности расплава (нитриды, карбиды кремния и др.). Оборотный кремний обязательно перед плавкой подвергают травлению для очистки его поверхности от примесей и механических загрязнений. Травление проводят в смеси плавиковой и азотной кислот при соотношении 1:3. После травления его отмывают очищенной (деионизированной) водой и сушат. Необходимо отметить, что время контакта исходного кремния при загрузке в тигель с окружающей атмосферой должно быть минимальным, а при получении монокристаллов с УЭС >10 Ом • см загрузку целесообразно проводить в боксе с обеспыленной атмосферой.
По сравнению с первичным поликристаллическим кремнием обороты содержат повышенную концентрацию разных примесей, в связи с чем их сортируют по типу и концентрации легирующего элемента (бора, фосфора, сурьмы и т.д.).
280
Единичная загрузка, подготовленная к плавке, может состоять из первичного поликристаллического кремния, может быть смешанной, т.е. из поликристаллического кремния и оборотов, а также полностью из оборотов. Ho в любом случае должна быть точно известна средняя концентрация основной легирующей примеси в загрузке, которая рассчитывается по формуле: Ccp =CV1C1 + V2C2 + ...+ Vn CnViV1 + + V2 + ... + Vn), где Vr1, V2,... ,Vn - объемы первого, второго, . . . , п-ного кусков, входящих в компоновку с концентрацией примеси C1, C2,... ,Cn соответственно.
для упрощения расчета чаще используют выражение: Pcp = (M1P1 + + M2 P2 + ... +MnPnViM1 +M2 + ...+ Mn), где Pcp - среднее УЭС загрузки, Ом • см; P1, P2,..., Pn - среднее УЭС кусков массой M1, M3,..., Mn (кг) соответственна
Для получения монокристаллов с заданными УЭС и типом электропроводности в расплав (загрузку) обычно вводят легирующий элемент в чистом виде при получении марок кремния с УЭС <0,1 Ом • см, при выращивании же более высокоомных монокристаллов используют лигатуру (сплав кремния с легирующим элементом) в виде монокристалла с концентрацией последнего ~ IO20 ат/см3. Массу вводимой в расплав лигатуры тп определяют по формуле: тл = W3HnPjyfcI1KPK, где т3 - масса загрузки, кг; Рл и Рк - УЭС лигатуры и Заданное УЭС кристалла, Ом • см; Цл и Hk - подвижности носителей заряда в лигатуре и в кристалле, см2/(В • с); к - эффективный коэффициент распределения.
Это уравнение не учитывает потерю легирующего элемента за счет испарения. Величина потерь устанавливается экспериментально для конкретных условий выращивания и вида легирующего элемента.
Подробно расчеты легирования при выращивании монокристаллов даны в работе [173]. Практически у всех легирующих элементов, используемых при получении монокристаллов кремния, к < 1, поэтому расчет необходимого количества лигатуры ведут так, чтобы на верхнем торце выращиваемого кристалла получить УЭС, равное максимальному значению, допустимому для кремния выращиваемой марки.
