Технология полупроводникового кремния - Фалькевич Э.С.
ISBN 5-229-00740-0
Скачать (прямая ссылка):
Всем этим требованиям удовлетворяет нержавеющая сталь марки 1Х18Н10Т, из которой изготавливают камеру, штоки, крепежные элементы и технологическую оснастку.
Индуктор - основной технологический элемент при индукционной бестигельной зонной плавке. Он состоит из индуктирующего провода в виде кольца, ТОКОПОДВОДЯЩИХ шин и колодок дЛя подсоединения индуКтора к токоподводу. Важно обеспечить минимальное электрическое сопротивление индуктора. В первых установках бестигельной зонной плавки индукторы изготавливали из серебра, поэтому получение монокристаллов являлось дорогостоящим процессом. Впоследствии при изготовлении индукторов стали применять медь. Для охлаждения индуктора используют дистиллированную или ионоочищенную воду (для исключения выпадания солей). Расход охлаждающей воды определяют по формуле [232], м3/с:
Wb = 0,24 • IO-3 ДРВ(Г2 - T1),
где APb- мощность, отводимая водой, кВт; T1 и T2- температура воды на входе и выходе, К.
Очистка кремния при бестигельной зонной плавке
Одной из основных задач (цеЛей) бестигельной зонной плавки является получение очень чистых кристаллов кремния. В основе процесса очистки лежит различие в растворимости примесей в твердой и жидкой фазах очищаемого материала.
Значения равновесного коэффициента распределения (сегрегации) к0 для основных примесей в кремнии следующие:
308
С , (6-7)-10*2 Cu 4-Ю'4
Pb 1,6 - IO'2 Ag I • IO'6
в 8-Ю-1 Co 8-Ю'6
N 7-Ю'4 Ti 3,6 - IO'6
Al 2-10'3 Mn 1-Ю'5
Ga 8-Ю'3 Au 2,5-10'3
In 4-Ю*4 Zn 1-1П'5
Fe (8-60)-10'6 Cd 1-Ю'6
Ni (8-30)-10'6 O2 1,25-1,40
Ge 3,3-IO'1 S 1-Ю'5
P Se I • IO'8
As 3-Ю'1 Cr 1,1-10'5
Sb 2,3-10'2 Ta 2-Ю'3
Bi 7 • IO'4 Tl 1,7-10'4
Li 1-Ю'2
Зависимость эффективного коэффициента распределения к от скорости выращивания v и толщины диффузионного слоя б показана на рис. 141. Дополнительно ряд примесей, для которых упругость паров при температуре зоны расплава выше. упругости паров кремния, удаляется за счет испарения. При этом часто примесь испаряется не в чистом виде, а в виде соединений с кремнием (например, SiO) или с другими примесями, находящимися в расплаве.
Если известно количество примеси в исходном кристалле, то на основе баланса примеси в процессе плавки можно определить количест-
Vg,мм/мин . S, MKM
Рис. 141. Влияние скорости выращивания (а) и толщины диффузионного слоя (б) на эффективный коэффициент распределения примесей:
1 - В; 2 - Р; 3 - As; 4 - Sb; 5 - Ga; 6 - Al; 7 - Bi; 8 - In
309
во примеси в кристалле после одного прохода зоны (однократного проведения зоны расплава вдоль стержня) [233]:
С/С0 = I - (1 - /с0)ехр(- к0х/1),
где С тл C0- концентрации примеси в кристаллизующейся части кристалла и в исходном кристалле, ат/см3; к0 - коэффициент сегрегации; X - длина перекристалЛизовавшейся части стержня, см; I - длина зоны расплава,см.
При увеличении количества проходов конечное распределение примеси в кристалле определяется выражением [233]: С(х) = AexpBx, где С(х) - конечное распределение примеси; А и В - постоянные, определяемые из выражений
Bi C0BL
к -------!---; А =------------,
exp(BL) - I exp (BL) - 1
в которых L - длина стержня.
В производственных условиях для практических целей вместо коэффициента сегрегации удобней пользоваться отношением величин УЭС исходного и очищенного стержня Рисх/Ркон и так называемым коэффициентом очистки т.
Как уже указывалось, основными примесями в кремнии, определяющими его электрические свойства, являются фосфор (к0 = 0,35) и бор (Jc0 = 0,9). Определить количество проходов зон, которые необходимо провести для получения заданной степени очистки (заданного УЭС), можно при помощи зависимости
1350pKflpSK(pSafl-pSK) . п = In [---------------:------------]/1п т, (39)
рзадрэк(1350ркд + 480рэк) где п - количество проходов; Рэк - УЭС контрольного1 кристалла (уровень по бору), Ом • см; РКд - УЭС контрольного кристалла (уровень по донорам) после одного прохода очистки в вакууме или газовой среде, Ом • см; Рзад - УЭС очищаемого кристалла, которое необходимо получить исходя из задачи очистки, Ом • см; т - коэффициент очистки, который определяют из эмпирического уравнения
In (1,76/У)
1,875 Vpx + 5,55
1 Контрольный кристалл получают путем очистки бестигельной зонной плавкой стержня в вакууме таким количеством проходов, пока величина УЭС кристалла не будет соответствовать распределению бора.
т = 0,575У^54 ехр (_о,I Vp.x) +
310
где Vp x - скорость рабочего хода (выращивания), мм/мин; v - частота, на которой работает генератор, МГц.
При очистке кристаллов кремния бестигельной зонной плавкой важным является увеличение производительности процесса. Это может быть достигнуто несколькими путями [234]: одновременным проведением вдоль стержня наряду с зоной сквозного проплавления дополнительных зон несквозного проплавления (полузон); одновременной плавкой нескольких стержней (групповой плавкой); увеличением диаметра очищаемого стержня; комбинацией указанных способов.
