Технология полупроводникового кремния - Фалькевич Э.С.
ISBN 5-229-00740-0
Скачать (прямая ссылка):
1 Паї. 244153. ГДР. 1987. 320
Рис. 148. Торцевое сечение монокристалла с дефектами аномального травления. XI1O
очищенный в специальных установках. Аргон имеет меньшее пробивное напряжение, чем водород, HO, являясь инертным по отношению к кремнию, он практически не растворяется в расплавленной зоне и позволяет выращивать плотные, без газовых включений монокристаллы.
При выращивании в среде аргона (и в вакууме) важным является предотвращение электрического разряда на токоподводах индуктора. Возникновение электрического разряда в процессе плавки создает аварийную ситуацию, в результате такого разряда возможно появление загрязнения из материала индуктора в растущем монокристалле до
IO14-IOis ат/см3 [243]. Эту особенность плавки в атмосфере аргона следует учитывать при разработке высокочастотных генераторов, индукционных систем и при текущих ремонте и наладке генераторов.
Применение газовой среды при , выращивании монокристаллов приводит к повышению градиентов температуры в кристалле. Это связано с увеличением теплоотвода от кристалла за счет теплопроводности и конвекции газа внутри камеры. Увеличивая градиент температуры в выращиваемом монокристалле, можно повысить максимальную скорость выращивания (см. рис. 117). На практике для ускорения охлаждения специально обдувают монокристалл защитным газом1, обеспечивая этим увеличение его скорости выращивания.
Как уже указывалось, в бездислокационных монокристаллах, выращиваемых бестигельной зонной плавкой, были обнаружены структурные микродефекты. Характер распределения микродефектов А- и ?-типов зависит от технологических параметров роста (скорости выращивания V и скорости вращения монокристалла и). Шаг полос микро-дефектов обычно связан с распределением примесей и может быть определен из выражения: h = v/to. Как показано в работе [244], подбором соответствующих условий роста можно добиться равномерного распределения микродефектов, если в процессе роста будет выполняться соотношение: v/to < \/7V/C , где N - количество атомов примеси в
1 Пат. 237333. ГДР. 1986.
11-214
321
і
Рис. 149. Однородное распределение микродефектов Л-типа в поперечном (а) н продольном (б) сечениях монокристалла кремния, х 1,0
одном микродефекте; С - концентрация примеси в монокристалле;
V - скорость выращивания, см/с.
С учетом этого неравенства были определены условия выращивания монокристаллов с равномерным распределением микродефектов (рис. 149).
При уменьшении скорости выращивания (v < 2 мм/мин) концентрация микродефектов A-типа понижается, они увеличиваются в размерах и располагаются в объеме равномерно. При еще меньших скоростях роста (v < 1 мм/мин), когда размеры микродефектов А-типа достигают еще больших значений (~ 40 мкм), в монокристаллах образуются дислокации.
Дислокации генерируются из микродефектов в центре монокристалла под действием сжимающих напряжений, являющихся результатом совместного действия радиального и осевого температурного градиентов (см. рис. 56).
Таким образом, изменяя условия роста, можно получить монокристаллы с различными типами микродефектов и разным характером их распределения.
Как уже отмечалось, решающее влияние на образование микродефектов оказывает градиент температуры в выращиваемом монокристалле [69]. При этом для определенной величины градиента температуры в выращиваемом монокристалле существует своя минимальная скорость выращивания, по достижении или превышении которой создаются условия для получения монокристаллов без свирл-дефектов (рис. 150).
322
Рис. 150. Осевой градиент температуры ДТ и мини- VoxfhK/мин
мальная скорость охлаждения »охл, обеспечивающие получение монокристаллов без свнрл-дефектов
120 130 AT, К/CM
При производстве бездислокационных монокристаллов заданной марки с помощью измерительных приборов (например, оптических пирометров) определяют температурный градиент в выращиваемом монокристалле и по графику (см. рис. 150) вычисляют необходимую скорость выращивания. Это обеспечивает получение монокристаллов без свирл-дефектов. Вырастить бездислокационные монокристаллы без микродефектов D-типа в промышленных условиях Пока не удается. По-видимому, этого можно будет добиться, уменьшив содержание углерода и кислорода в монокристаллах [72}.
Методы легирования
Монокристаллы кремния должны иметь заданные электрофизические свойства: тип и величину электропроводности, однородность ее распределения (разброс), тннз. Тип и величину электропроводности обеспечивают, вводя в выращиваемый монокристалл легирующие элементы (в основном бор или фосфор).
При бестигельной зонной плавке применяют следующие методы легирования: через подложку; твердой лигатурой; газового легирования при выращивании в вакууме и в газовой среде; нейтронно-трансмута-ционного легирования.
При легировании через подложку осаждение кремния в процессе водородного восстановления хлорсиланов проводят на пруток-подложку, содержащий заданное количество легирующей примеси (с учетом, естественно, осаждаемого чистого слоя). В процессе бестигельной зонной плавки легирующая примесь из прутка-подложки переходит в зону расплава и распределяется по всему объему монокристалла. Концентрация легирующей примеси в прутке-подложке для достижения заданного уровня примеси в выращиваемом монокристалле определяется из соотношения:
