Технология полупроводникового кремния - Фалькевич Э.С.
ISBN 5-229-00740-0
Скачать (прямая ссылка):
Рассчитанная по уравнению (40) и экспериментальная зависимости длины распространения термоудара от размеров поперечного сечения затравки хорошо совпадают для затравок сечением 10X10 мм2. При увеличении размера затравок соответствие нарушается в связи с изменением условий теплоотвода от затравки.
После затравливания, используя метод Дэша (см. гл. 1) с усовершенствованием Циглера [238], выращивают шейку (монокристалл диам. 2-2,5 мм, длиной 50-70 мм) со скоростью 10-15 мм/мин. Распространение дислокаций наблюдается по длине шейки < 25- 30 мм. Начало роста шейки без дислокаций хорошо заметно визуально. Затем от бездислокационной части шейки начинают разращивать коническую часть (конус) монокристалла.
Используя метод тонких шеек при бестигельной зонной плавке, можно вырастить бездислокационные монокристаллы достаточно больших диаметра и длины. При выращивании бездислокационных монокристаллов бестигельной зонной плавкой более четко проявляется бугор на конической части монокристалла.
Если необходимо вырастить монокристаллы с дислокациями, следует использовать следующие закономерности. Угол разращивания монокристалла до заданного диаметра влияет на плотность дислокаций. Проведенные эксперименты [2] показали, что изменение угла разращивания от 10 до 70° при использовании затравок сечением 3X3. мм2 приводит к изменению плотности дислокаций на 1-2 порядка (от 1 • IO3 до I-IO4-I-IO5 см“2). Изменение угла разращивания конуса сказывается также на равномерности распределения дислокаций. На практике угол разращивания конуса выбирают в зависимости от необходимой плотности дислокаций и экономических соображений.
Использование затравок малого сечения приводит к уменьшению количества дислокаций, прорастающих в монокристалл при затравле-нии. Однако при уменьшении сечения затравки существенную роль
316
Рис. 145. Схемы индукторов для бестигельной зоииой плавки: а — одновитковых тарельчатых; б — двухвитковых трубчатых
начинает играть ее механическая прочность. Одним из важных условий получения бездислокационные монокристаллов в промышленных условиях является обеспечение максимальной воспроизводимости результатов выращивания.
Рассмотрим влияние основных параметров, характеризующих процесс выращивания монокристаллов.
На практике применяют как одновитковые (тарельчатой формы), так многовитковые (в основном двухвитковые) индукторы (рис. 145). Важным в том и другом случаях является обеспечение максимальной симметрии электромагнитного поля индуктора и связанной с ним формы зоны расплава. Установлено, что увеличение асимметрии зоны расплава приводит к ухудшению условий роста и уменьшению выхода бездислокационных монокристаллов [239].
Величина внутреннего диаметра индуктора оказывает также большое влияние на успешное затравливание и разращивание начальной части монокристалла. Это связано с тем, что при затравливании и выращивании тонкой шейки нельзя допускать резких колебаний электромагнитного воздействия на расплав от индуктора, так как малое количество расплава легко деформируется электродинамическим давлением поля близко расположенного индуктора.
Важна и величина наружного диаметра индуктора, поверхность которого также измучает электромагнитное поле и обеспечивает нагрев периферии зоны расплава и частей исходного и кристаллизующегося стержня, прилегающих к зоне расплава. Изменяя наружный диаметр индуктора, можно создать оптимальную форму зоны расплава и наружные градиенты температуры в твердых частях стержня. По данным работы1, величина наружного диаметра индуктора должна быть в 1,5-2 раза больше диаметра выращиваемого монокристалла.
1 Пат. 1809847. ФРГ. 1969.
317
Появление бугров и ребер при выращивании бездислокационных монокристаллов по направлению [111] приводит к нарушению симметрии зоны расплава и устойчивости роста бездислокационных монокристаллов. Установлено [41, 229], что отклонение ориентации затравки от [111] оказывает большое влияние на количество, расположение и размер ребер. Оптимальным оказался угол отклонения 0,7-1,0° от [111] по направлению к явной грани [112]. Применение такого приема обеспечивает выход на боковую поверхность монокристалла одного ребра, которое располагается на явной грани, тем самым обеспечивая наибольшую устойчивость роста монокристаллов без дислокаций. Степень асимметрии поперечного сечения монокристалла от степени разориентации затравки можно определить из выражения [41]:
ДВ.2В—
1-tg2 Ottg2P
где A R- степень асимметрии; R - радиус фронтальной грани (111); « - угол между изотермой и осью кристалла, град; ? - отклонение кристаллографической оси от направления [111], град.
При выращивании бездислокационных монокристаллов по направлению [100] ребра йа боковой поверхности монокристалла не наблюдаются, и в этом случае требуется минимальное отклонение затравки от [100], так как нарушение симметрии хорошо развитых явных граней приводит к нарушению формы зоны расплава и, следовательно, к снижению устойчивости роста бездислокационного монокристалла.
