Технология полупроводникового кремния - Фалькевич Э.С.
ISBN 5-229-00740-0
Скачать (прямая ссылка):
кристалла, а для формы, показанной на рис. 26, г, рост может осуществляться не менее чем двумя зародышами. Один из них должен образоваться на выпуклой внутренней части кристалла, второй (или несколько) на внешнем ободке. В случае, приведенном на рис. 26, в, двумерные зародыши будут образовываться в центре грани, так как это место наибольшего переохлаждения (это связано с характером изотерм).
Распределение температуры на фронте кристаллизации определяется, с одной стороны, неодинаковым нагревом жидкости и кристаллу, а с другой - это распределение усложняется, если происходит встречный тангенциальный рост зародышей. В вогнутых к жидкости участках фронта скапливается теплота кристаллизации и эти места обычно сильно перегреваются. Естественно, что центральная часть выпуклой поверхности (рис. 26, д) также может перегреваться.
Таким образом* в процессе роста различные участки поверхности кристалла претерпевают значительные колебания температуры. На рис. 26, е, з показан случай образования трех периферийных зародышей. Такую возможность хорошо иллюстрирует рис. 24, а, на котором видны три периферийных выступа в наиболее вероятных местах преимущественного образования двумерных зародышей. He исключено (рис. 26, з), что их количество может отличаться от этой цифры.
Скорость роста по нормали при прочих равных условиях больше скорости тангенциального роста, поэтому рост выпуклых частей кристалла, достигших более горячих слоев жидкости, приостанавливается, пока кристалл приобретает необходимый диаметр в результате тангенциального роста. Эти части в значительной степени перегреваются и, приходя на некоторое время в равновесие с жидкостью, становятся плоскими (см. рис. 25).
Часто наиболее холодная область не совпадает с осью кристалла, в этом случае двумерный зародыш может образоваться в стороне от центра поверхности. Понятно, что двумерные зародыши не могут возникнуть рядом, так как в направлении бокового роста зародышей выделяется тепло кристаллизации, и поэтому зона вокруг места возникновения зародыша обычно нагрета до более высокой температуры. Поэтому новые двумерные зародыши возникают несколько дальше. Симметрия в расположении зародышей (рис. 26, з) является результатом удачного сочетания скорости вращения кристалла и такого местного переохлаждения, когда скорость бокового роста двумерного зародыша отстает от скорости вращения настолько, что на поверхности раздела за один оборот возникает переохлаждение, необходимое для образования нового двумерного зародыша. Этим же определяется и расстояние периферийных центров возникновения двумерных зародышей от центрального места возникновения двумерного центра кристаллизации. При вогнутом фронте наиболее сильно, как уже отмечалось, пере-
73
кристаллизации. Х0,б
гревается внутренняя центральная часть поверхности. В этом месте нагрев может быть настолько большим, что скорость роста в направлении нормали не только становится равной нулю, но может наступить даже некоторое оплавление. В таких местах обычно плоские участки отрыва не наблюдаются. Если температура поверхности очень близка к температуре плавления, то такая поверхность стремится стать плоской и прийти в равновесие с жидкостью. Идеально плоской может быть лишь плоскость (111), наиболее густо усеянная атомами. Остальные плоскости - атомно-шероховатые и, как правило, состоят из ступеней, высота которых составляет межатомное расстояние.
Хорошим подтверждением приведенных картин роста являются показанные на рис. 27 поверхности отрыва глубоколегированных сурьмой монокристаллов кремния. В подтверждение того, что наблю-
74
даемые картины связаны с процессами роста, свидетельствует высота террас, которая составляет 90—150 мкм, в то время как толщина остающейся при отрыве жидкой пленки < 10-30 мкм. Террасы оказались в данном случае значительных размеров из-за нарушения по-видимому, потока ступенек в тангенциальном направлении образовавшимися выделениями второй фазы. Эти выделения явились своеобразной преградой, задержавшей движение моноатомных ступенек, и тем самым способствовали их собиранию в группы. Отчетливо видно (см. рис. 27), что в случае выпуклого фронта рост начинается в центральной части, которая в дальнейшем тангенциально разрастается до размера диаметра монокристалла. При вогнутой в сторону затравки форме фронта движение ступенек происходит внутрь от нескольких центров на периферии. При сложной форме фронта, соответствующей схеме, приведенной на рис. 26, г, з, рост происходит от центральной части и от периферийных центров.
С точки зрения теории развитие грани (111) при росте монокристалла происходит только в том случае, когда на фронте кристаллизации возникает область, в которой теплоотвод совершается в направлении жидкости. Принципиально такое явление может возникнуть благодаря вращению кристалла и связанному с ним конвективному теплообмену, причем источником холодной жидкости могут быть слои, прилегающие к поверхности жидкость - атмосфера камеры.
Важной операцией в процессе выращивания монокристаллов кремния является затравление.
