Технология полупроводникового кремния - Фалькевич Э.С.
ISBN 5-229-00740-0
Скачать (прямая ссылка):
81
ся полосы роста в виде винтовой нарезки. Глубина нарезки и ее шаг зависят от скорости вытягивания монокристалла, скорости вращения тигля, диаметра монокристалла, симметрии теплового поля, флуктуаций режима выращивания и т.д. Оказалось, что глубина винтовой нарезки намного больше при выращивании бездислокационных монокристаллов. При этом форма (прямые или изогнутые линии) винтовой нарезки в области явных граней на бездислокационных монокристаллах изменяется в меньшей степени, чем на дислокационных, что свидетельствует о большей чувствительности морфологии поверхности дислокационного кристалла в процессе роста к различным температурным флуктуациям.
Существенно отличается и поверхность фронта кристаллизации бездислокационных и дислокационных монокристаллов. Это отличие проявляется прежде всего в резком увеличении при выращивании бездислокационных монокристаллов кремния площади выхода грани (111) на фронт кристаллизации. Интересно также отметить, что в процессе выращивания диаметр бездислокационного монокристалла при появлении дислокаций уменьшается.
При выращивании бездислокационных монокристаллов по направлению [100] заметно больше площадь участка зеркальной грани (111) в месте выхода на диаметр, на цилиндрической части области выхода нижних граней октаэдра выглядят в виде более четко выступающих над общей поверхностью шнуров.
Постараемся теперь объяснить особенности внешнего вида бездислог кационных монокристаллов кремния на основе изложенных схем роста.
Дислокации, являясь активными центрами, облегчают образование двумерных зародышей [43, 44], вследствие чего при выращивании дислокационных монокристаллов для образования зародышей требуется меньшая величина переохлаждения. По данным [45], для бездислокационных монокристаллов кремния переохлаждение на грани (111) составляет ~ 9° и для монокристаллов с дислокациями 0,8°. Основы-, ваясь на этом положении, объясним, например, отличие диаметров і 82
Рис. 32. Схема для анализа формы моно-
кристалла
бездислокационных монокристаллов и монокристаллов с дислокациями (рис. 32).
Примем следующие обозначения: O1 и Ok - тепловая ось системы и кристаллографическая ось; О - ось выращивания и вращения монокристалла; д T1 и д T2 - переохлаждение, необходимое для образования зародыша в случае роста бездислока-ционного монокристалла и монокристалла с дислокациями; д T3 -переохлаждение, необходимое для тангенциального роста слоя. При этом д T1 > Д T2 > д T3.
Изотерму температуры плавления принимаем за начало отсчета, поэтому положение соответствующих изотерм будет характеризоваться переохлаждениями A Tu A T2, A T3.
При анализе условий кристаллизации принимаем следующие допущения.
1. Тепловое поле симметрично и постоянно, а изотермические поверхности (AT1, AT2, Ar3) в системе имеют коническую форму с углом при вершине 2«.
2. При выращивании монокристалла устанавливается равновесное расположение фронта кристаллизации.
3. Фронт кристаллизации совпадает с плоскостью (111).
4. Осевой температурный градиент является величиной постоянной на участке между изотермами AT1-AT3.
С учетом принятых обозначений и допущений рассмотрим рост монокристаллов по направлению [111] (см. рис. 32). В случае выращивания монокристалла с дислокациями зарождение нового слоя происходит в точке пересечения горизонтальной грани (111) с изотермой AT2 в точкеД. Слои могут разрастаться до встречи с изотермой A T3. При этом максимальный радиус кристалла равен AA1. Аналогично при росте бездислокационного монокристалла зарождение нового слоя происходит в точке пересечения изотермы A T1 с горизонтальной гранью (111) в точке В, а максимальный радиус кристалла равен отрезку BB1. Как
83
видно, BB1 > AA1 и, следовательно, диаметр бездислокационного монокристалла больше, чем монокристалла с дислокациями.
Помимо рассматриваемой горизонтально расположенной грани (111), на границе расплав-кристалл развиваются три нижние боковые грани {111}.
Зарождение новых слоев на этих гранях в случае выращивания бездислокационных монокристаллов происходит только в точке C1 (рассматривается продольное сечение монокристалла), а для монокристаллов с дислокациями в точке C2. Застройку боковых граней происходит до встречи с фронтальной плоскостью (111) и изотермой A T3. При развитии боковых граней (111) на фронтальной грани (111) отсекаются более широкие хорды на монокристалле без дислокаций (см. рис. 32). Следовательно, следы граней {111} на боковой поверхности выращенного бездислокационного монокристалла шире, чем на монокристалле с дислокациями. Определим разность между максимальными радиусами бездислокационного монокристалла R1 и монокристалла с дислокациями Ar.
AT —AT
Так как R1 = BKlg a = ———— tg а;
grad і©
AT2-AT3
r2 =AK tg а =------------tg И; tg а = grad T0/grad Tn то
grad T0
Ar = (AT1- ATj/gradTy, (9)
где grad T0 и grad Tr - осевой и радиальный градиенты температуры соответственно.
Из соотношения (9) следует, что различие в радиусах монокристаллов тем больше, чем меньше радиальный температурный градиент.
