Технология полупроводникового кремния - Фалькевич Э.С.
ISBN 5-229-00740-0
Скачать (прямая ссылка):
290
Время жизни неравновесных носителей заряда в монокристаллах
Как уже отмечалось в гл. И, время жизни неравновесных носителей заряда Тн.н.з является одной из важнейших характеристик качества монокристаллов, выращиваемых из расплава. Содержание примесей в монокристалле в значительной степени определяет хннз. Вместе с тем было бы неправильно связывать его только с содержанием примесей. Рекомбинация неравновесных носителей заряда‘(и.н.э.) происходит также в центрах, которыми могут быть дефекты структуры кристаллической решетки, комплексы дефектов, локальные напряжения в кристалле и т.д.
Несмотря на то что в настоящее время нельзя гарантировать получение высокого заданного тн н 3, известны различные технологические способы выращивания монокристаллов с повышенными его значениями.
Одним из таких способов является выращивание монокристаллов кремния в застойной атмосфере гелия при давлении в камере выращивания ~ IO5 Па. Этим способом выращивали бездислокационные монокристаллы диам. 45 мм из тигля диам. 200 мм и загрузки 3- 4 кг п-типа с УЭС = 6-5-8 Ом • см; тн н з в выращенных монокристаллах 150-200 мкс. Недостатком этого метода является невозможность получения высокого выхода в готовую продукцию из-за осыпания в расплав интенсивно оседающего на деталях экранировки монооксида кремния.
Экспериментально установлено, что при выращивании с повышенными скоростями tH нз в монокристаллах повышается. Для создания соответствующих тепловых условий используют экранировку (рис. 132). Наличие конического экрана (рис. 132), размещаемого на расстоянии 10-15 мм от поверхности расплава и 10-15 мм от поверхности монокристалла, значительно уменьшает количество теплоты, попадающей на растущий кристалл, при этом скорость выращивания увеличивается в 1,5-2 раза. Например, из тигля диам. 200 мм с массой загрузки 4 кг выращивали монокристаллы диам. 60 мм n-типа с УЭС = 4-*-
5 Ом • см. Скорость вытягивания 3,2-1,6 мм/мин; тн„3 в выращенных монокристаллах 400-200 мкс.
• Одним из методов воздействия на тн.н.з является термическая
Рис. 132. Схема тепловой системы:
1 - монокристалл; 2 - конический экран; 3 -боковая экранировка; 4 - нагреватель; J -подставка; 6 - тигель
обработка выращенных монокристаллов. При этом важно установить оптимальные (для решения поставленной задачи) температуру нагрева, скорость нагрева и охлаждения, а также выбор среды, в которой ведется термическая обработка монокристалла.
Количество рекомбинационных центров может быть уменьшено путем введения в процессе выращивания в монокристаллы углерода [186].
Примени в монокристаллах кремния
Кислород в кремнии является примесью, отличающейся чрезвычайно сложным поведением. В монокристаллах кремния, выращенных по методу Чохральского, концентрация кислорода может достигать
2 • IO18 см-3 [187], т.е. в ряде случаев она выше концентрации легирующего элемента и ощутимо влияет на электрические и структурные свойства монокристаллов. Различают три интервала содержания кислорода в кремнии: низкое (5-7)1017, среднеё (7-9)1017 и высокое (9-10)1017 см'3.
Кислород в кремнии образует твердый раствор внедрения [188]. В выращенном монокристалле 95 % атомов кислорода находится в межузельном положении. При всех температурах, меньших 1270 К, твердый раствор является пересьйценным, что приводит к его распаду и образованию различного рода комплексов и дефектов структуры. Максимальная растворимость кислорода в твердом растворе составляет [54] при 1170 К 2,4-IO17 см'3, 1270 К 5,2- IO17 см'3, 1370 К 1,1Х XlO18 см-3, 1470 К 1,9-1018 см-3, при температуре плавления 5,2 • IO18 см'3.
Мерой проявления влияния кислорода на свойства монокристаллов являются уровень его концентрации и характер термических воздействий, которым монокристалл подвергается.
Кислород способствует достижению в монокристалле высоких значений тн.н.з [189], оседая на дислокациях, тормозит из размножение при термической обработке [190], увеличивает сопротивление пластин изгибу [191].
Чрезвычайно важной особенностью поведения кислорода в кремнии является его участие совместно с углеродом в процессах внутреннего геттерирования, которые широко используются в современной технологии СБИС [192]. Сущность этого процесса состоит в следующем. В исходных монокристаллических кремниевых пластинах присутствуют вредные примеси, точечные дефекты. После определенной термической обработки в объеме пластины образуются кислородные (углерод-кислородные) выделения, которые захватывают эти точечные дефекты и примеси, тем самым создавая более совершенные по структуре и чистоте приборные слои. Это способствует резкому улучшению качест-292
венных показателей приборов. При термической обработке кремния также могут образоваться выделения и более сложного состава [193].
Изолированные атомы кислорода в ,решетке кремния электрически нейтральны. В результате термических обработок (как в процессе выращивания, так и при изготовлении приборов) атомы кислорода, взаимодействуя между собой и другими примесями и дефектами, образуют электрически активные комплексы *- термодоноры [194, 195]. Высокая концентрация термодоноров как низкотемпературных (генерирующихся при 623-773 К), так и высокотемпературных (генерирующихся при 823-1073 К), затрудняет получение заданного УЭС в монокристаллах. Особенно это проявляется при необходимости получить УЭС > 20 Ом • см.
