Технология полупроводникового кремния - Фалькевич Э.С.
ISBN 5-229-00740-0
Скачать (прямая ссылка):
С целью упрощения анализа форм монокристаллов кремния введем следующее наименование плоскостей октаэдра. Если установить октаэдр на одну из плоскостей (это соответствует выращиванию по направлению [111]), то горизонтальные плоскости будем называть, соответственно верхней и нижней горизонтальной плоскостью. Три боковые плоскости, обращенные вниз, будем называть нижними, а вверх - верхними боковыми плоскостями. При выращивании по, направлению [100] октаэдр установим на одну из вершин. Четыре плоскости, обращенные вверх, будем называть верхними, а вниз - нижними плоскостями.
•Ч>.)
При выращивании монокристаллов кремния и германия по направле- j нию [111] на конусной части монокріисталла часто можно наблюдать! шесть идущих по образующей дорожек - следствие выхода шести боковых плоскостей октаэдра (рис. 20). В том месте конической частці где угол полураствора конуса совпадает с углом между направлением! выращивания [111] и верхней боковой плоскостью (111), появляются зеркальные грани (111). На цилиндрической части монокристаллов! хорошо видны три штриховые дорожки, которые называют явным*! гранями. Явные грани являются следствием выхода на цилиндричесЯ кую поверхность трех нижних боковых плоскостей октаэдра. ТрЁ| верхние боковые плоскости, выходя на цилиндрическую поверхность^! образуют менее заметные дорожки - неявные грани. При выращивании! по направлению [100] на конической и цилиндрической частях хорош® заметны четыре дорожки - выход на поверхность соответственная верхних и нижних граней октаэдра. На конической части этих монсЯ кристаллов также можно наблюдать зеркальные грани (111) [в те|| местах, где угол полураствора конуса совпадает с углом между [IOffS и верхней плоскостью (111)]. 'Я
Увеличение скорости вращения при выращивании монокристаллом приводит к расширению областей выхода верхних и нижних боковых!
Рис. 20. Схемы образования (а, б) и внешний вид (в, г, XO,4) морфологических особенностей монокристаллов кремния, выращенных по направлениям [111] (а, в) и (100] (б, г)
граней октаэдра на конической и цилиндрической частях монокристалла.
Еще в работе [21] было отмечено, что увеличение скорости вращения монокристалла вызывает более эффективное перемешивание жидкости, что в свою очередь приводит к уменьшению температурных градиентов в расплаве, и, как следствие этого, скрытая теплота может быть рассеяна более легко. Реньян также отмечал, что уменьшение температурных градиентов в расплаве способствует развитию граней [1].
Следующие эксперименты, по мнению авторов, однозначно свидетельствуют о влиянии направления теплоотвода на форму монокристаллов кремния. Эти эксперименты состояли в наблюдении за кристаллизацией кремния в тигле. Расплав охлаждали, медленно уменьшая
3-214 55
температуру нагревателя. Кристаллизация начиналась от стенок тигля в виде тонких, направленных к центру тигля дедцритных игл. Затем в центральной части расплава всплывали ограненные кристаллы, верхняя часть которых имела форму треугольников или шестиугольников (тетраэдры, октаэдры и усеченные треугольные бипирамиды являются тремя равновесными формами кубических кристаллов [22]). По мере дальнейшего охлаждения всплывшие кристаллы увеличивались в размерах, часто при этом меняя форму треугольную на шестиугольную. Соотношение между сторонами во время роста .шестиугольного кристалла все время менялось, треугольной формы кристаллы оставались равносторонними.
Если в этот момент слить остатки расплава через отверстие в дне тигля, то оказывается, что часть гранных кристаллов зависает, приварившись к стенке тигля, т.е. происходит своеобразный отрыв кристаллов от расплава. Такой прием позволил определить форму растущего кристалла. Оказалось, что в большинстве случаев гранный кристалл, выросший внутри жидкости (т.е. теплота кристаллизации отводилась через расплав), представляет собой усеченный с двух сторон октаэдр (рис. 21).
На цилиндрической поверхности монокристаллов, выращенных с вращением, четко можно наблюдать нарезку, которая образуется вследствие асимметрии теплового поля. При прохождении холодной области расплава скорость роста кристалла возрастает, в этом месте больше захватывается примесей. Ъ горячей области скорость роста уменьшается. Геометрическое место выхода этих участков на цилиндрическую поверхность кристалла образует внешнюю спираль - нарезку. Кроме нарезки, на поверхности монокристалла можно увидеть кольцеобразные неровности, связанные с колебаниями уровня расплава, его температуры, скорости перемещения штока и др.
Свойства монокристалла (распределение примесей, дефектов и др.) зависит от многих технологических факторов, одним из которых является макроскопическая форма фронта раздела кристалл - жидкость.
Макроскопический радиус кривизны раздела в общем случае не совпадает с тем, что называется радиусом кривизны по Томсону-Фрейдлиху (для кристалла - расстояние между ступенями). Этот радиус целиком определяется макроскопическим полем температур на границе кристалл - жидкость. Он зависит от условий теплопроводности через затравку и среду, от особенностей нагревателя, от конвективных потоков и т.д.
