Технология полупроводникового кремния - Фалькевич Э.С.
ISBN 5-229-00740-0
Скачать (прямая ссылка):
В работе [234J на основе математической модели Циглера [235] для зонной очистки количественно оценена эффективность различных способов очистки кремния от примеси фосфора. Получена зависимость коэффициента очистки т от диаметра стержня и использования полузон при различной скорости перемещения зоны расплава (рис. 142). Как видно, применение полузоны значительно повышает эффективность очистки, особенно при малых диаметрах стержней кремния.
Для оценки производительности процессов очистки авторами выведен коэффициент Q, равный выходу материала, очищенного до концентрации С при начальной C0:
Q = 3600(JiD2/4)l> v(ln m/ln Jn1),
где D - диаметр кристалла; v - скорость выращивания; т - коэффициент очистки за один проход; Tn1 = С/C0 - суммарный (конечный) коэффициент очистки.
/77 0,8
0,6
Ofi
0,2
О
20 40 60 80 20 ¦ 40 60 80
В, мп
Рис. 142. Зависимость коэффициента очистки т от диаметра стержня D при обычной очистке (а) и очистке с полузоной (б) при скорости передвижения зоны расплава, мм/мин:
1 - 4,0; 2 - 3,0; 3 - 2,0; 4 - 1,0; 5 - 0,5; 6 - 0,3; 7 - 0,1
311
Рис. 143. Влияние технологических факторов на коэффициент производительности при плавке одного стержня (штриховые кривые), групповой плавке трех стержней (сплошные), использовании полузоны (штрих-пунктирные) при скорости перемещения зоны расплава, мм/мин:
J — 4,0; ^ — 3,0; -? — 2,0; 4 — 1,0
Как видно из рис. 143, наиболее производительными. являются процессы с применением групповой очистки или очистки одного стержня при увеличенном его диаметре. Однако для стержней малого диаметра производительность плавки с полузоной выше. Кроме этого, установлено влияние взаимного расположения стержней, диаметра очищаемого стержня, формы фронта кристаллизации, объема и формы зоны расплава на интенсивность очистки стержней кремния [236]. Более интенсивная очистка достигается, при соосном расположении исходного (плавящегося) и кристаллизующегося стержней. Это объясняется следующим.
При соосном расположении частей стержня характерна зона расплава с меньшей величиной отношения поверхности к объему, чем в случае несоосного расположения. Это приводит к перегреву поверхностных слоев расплава и, как следствие, к увеличению интенсивности испарения примесей. Кроме этого, перегрев поверхности при соосном расположении приводит к увеличению градиента температуры нз поверхности расплава, т.е. усиливает потоки Марангони (рис. 144), причем в этом случае потоки Марангони, совпадая с тепловыми и электродинамическими потоками, усиливают перемешивание в верхней части зоны расплава и ослабляют их в ее нижней части. Это приводит к увеличению интенсивности удаления примесей в области, близкой к плавящейся части стержня, и уменьшению захвата в кристаллизующейся.
В случае несоосного расположения частей стержня потоки Марангони практически не влияют на конвекцию в верхней части зоны расплава. Более мощные конвективные потоки при соосном расположении подтверждаются большим прогибом фронта кристаллизации. Кроме этого, соосное расположение способствует более эффективному взаимодейст-
312
Рис. 144. Схема конвективных (сплошные линии), электродинамических (точечные) потоков и потоков Марангони (штриховые) в зоне расплава при бестигельной зонной плавке с несоосным (а) и соосным (б) расположением при равных диаметрах и скоростях перемеще-’ ния зоны расплава
вию электромагнитного поля с расплавленной зоной, так как столб расплава располагается внутри индуктора соосно с ним, т.е. в зоне наиболее высокой концентрации электромагнитного поля (см. рис. 144). Последнее приводит к усилению конвективных потоков в расплаве за счет пондемоторных сил электромагнитного поля. К тому же при ' несоосном расположении часть поверхности зоны экранируется исходным стержнем, что уменьшает, с одной стороны, интенсивность испарения примеси, а с другой, конденсируясь на твердой части стержня, поимеси при дальнейшем плавлении вновь пепейдут в расплав.
На практике часто возникает задача получить кристаллы кремния с высоким УЭС и заданной степенью компенсации (соотношение концентраций бора и фосфора). Необходимое количество очистных проходов в этом случае при получении кристаллов p-типа электропроводности можно определить из уравнения (39), несколько преобразовав его:
К1350РкдРдк ,
п = In Г -----—----------' (/In т,
Рэк(1350РКД + «0Рэк>
где К = Сф/Сэк - степень компенсации, требуемая после очистки (Сф и C3к - концентрации фосфора и бора, определяемые из Рэк)-
Если поставлена задача получить высокоомные кристаллы с п-типом электропроводности, расчет необходимого количества проходов проводят аналогично.
313
В этом случае
п = In
I
рКд[рзад l350Ki + (1 + К,)480рэк]
Рзад(1350рКД + 48°Рэк)
/In (TI,
где K1 = Сэк/Сф - степень компенсации, требуемая после очистки.
Важно определить максимальную степень очистки, которую можно достичь на данной установке. Такие детали аппаратуры, как узлы крепления кремниевого стержня и затравки, токоподводы, узлы перемещения и др., являются в той или иной мере потенциальными источниками загрязнений очищаемого стержня. Большое внимание следует уделять также созданию стерильных условий при подготовке кремниевого стержня к плавке, чистке камеры и т.д.
