Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Электротехника -> Фалькевич Э.С. -> "Технология полупроводникового кремния" -> 97

Технология полупроводникового кремния - Фалькевич Э.С.

Фалькевич Э.С., Пульнер Э.О., Червоный И.Ф. Технология полупроводникового кремния — М.: Металлургия, 1992. — 408 c.
ISBN 5-229-00740-0
Скачать (прямая ссылка): tehpolkremniya1992.djvu
Предыдущая << 1 .. 91 92 93 94 95 96 < 97 > 98 99 100 101 102 103 .. 162 >> Следующая


244
Рис. 111. Поперечные сечения кремниевых стержней, полученных в процессе термического разложения моиосилаиа при 1223 (а) и 1123 К (б), х 1

не было. Тем более не удалось добиться монокристаллического роста при использовании монокристаллического прутка-подложки. Увеличение количества силана приводит, начиная с определенной величины к образованию рыхлой структуры с большим количеством высокодисперсных включений. Характерная структура стержня, полученного при оптимальных условиях, приведена на рис. 111, б, а морфология ростовой поверхности стержня такого же типа - на рис. 112. Наименьшим повторяющимся элементом поверхности, видимым при разрешении растрового электронного микроскопа, являются шаровидные плотные частицы с достаточно гладкой поверхностью1 (см. рис. 112). Диаметр частиц в среднем составляет ~ 2 мкм. Шаровидные частицы плотно упакованы, соприкасаются между собой не в точке, а по сложным поверхностям. Скопления таких шаровидных частиц образуют более крупные фигуры роста (округлые холмы диаметром в среднем 20 мкм). Высота рельефа колеблется от единицы до первых десятков микрометров.

При вскрытии реакторов после окончания процесса разложения силана на внутренних стенках и других частях хорошо заметен налет коричневого цвета, состоящий из высокодисперсных частиц.

Появление этого продукта обнаружено уже давно [153, 161]. В работе [161] предполагалось, что этот порошок появляется в результате конденсации и полимеризации промежуточного продукта. Авторы

1 По данным Ю.М. Чащинова.

245
Рис. 112. Ростовая поверхность кремниевого стержня, выращенного в процессе разложения моносилана. Х2000

работы [162] пришли к выводу, что это довольно устойчивый SiH2. Остановимся несколько подробнее на анализе этого явления. Тонкодисперсный порошок образуется при термическом разложении моносилана уже при ~ 973 К. Визуальное наблюдение показывает, что на расстоянии ~ 0,005 м от поверхности стержня (в зависимости от режима это расстояние изменяется) образуется туман, который уносится тепловым потоком в верхнюю часть аппарата, а. затем оседает на стенках и других частях установки. Такой же порошок можно получить при нагреве силана до 573 К в закрытых ампулах. Средний размер частиц порошка, определенный с помощью электронного микроскопа, находится в пределах 5- 25 нм [163].

Рентгеноструктурные, электронографические и специальные химические исследования показали, что частица порошка состоит из ядра кремния, окруженного полисиланами общего состава (SiH3c)n [163]. Саектрохимический анализ порошка привел к весьма интересным результатам. Он показал, что по сравнению с кремнием, кристаллизующимся на затравке, аэрозоль содержит гораздо большее количество примесей, но они сконцентрированы на поверхности ядра кремния и входят, по-видимому, в полисиланы.

Рассматривая структуру стержня, еще раз укажем, что она состоит из дендритов, ось первого порядка которых расположена перпендикулярно фронту кристаллизации стержня. Основная часть атомов кремния откладывается на поверхности дендритов; часть же, приобретая достаточную кинетическую энергию, мигрирует навстречу молекулам силана. Наряду с атомарным кремнием в глубь газовой среды мигрируют молекулы водорода.

Все это приводит к некоторому установившемуся распределению концентрации (парциального давления) кремния в пространстве, окружающем кристаллизующуюся подложку. Одновременно стабилизируется и распределение температуры.

Окружающее стержень пространство превращается в сложную газо-

246
Рис. 113. Зависимость скорости осаждения v )/,кг/(мг-ч)

кремния от температуры

0,4

0,3 0,2 0,1

473 673 873 1073 1273 Г, К

вую систему, в которой может наступить пересыщение, достаточное для образования трехмерных зародышей кремния (такие зародыши будут образовываться в первую очередь на активных примесях). Так как равновесная концентрация по мере удаления от прутка уменьшается быстрее, чем концентрация, связанная с миграцией ' кремния, на некотором расстоянии от фронта кристаллизации [в наших экспериментах (1-3)-10-3 м] наступает пересыщение, достаточное для зарождения центров кристаллизации.

Присутствие большого количества активных примесей приводит к тому, что центров кристаллизации образуется очень много. Поэтому по достижении этими центрами некоторого размера их рост прекращается и образуется аэрозоль.

Экспериментальная зависимость скорости осаждения кремния от температуры стержней, полученная для одного из типов промышленных реакторов, показана на рис. 113. Снижение скорости осаждения кремния с ростом температуры стержней связано с увеличением числа гомогенных реакций и образованием порошка полисиланов.

Таким образом, процесс образования полисиланов играет существенную роль в кристаллизации стержней, и его следует учитывать при разработке программ осаждения и конструкции реакторов.

Аппаратурное оформление процесса разложения силана

Промышленное производство кремниевых стержней термическим разложением силана осуществляют, как правило, при избыточном давлении в металлических водоохлаждаемых реакторах. Конструкция реакторов в целом близка к используемой для производства кремниевых стержней водородным восстановлением хлорсиланов, хотя и имеет ряд отличительных элементов. Например, в одном из реакторов подача силана в реакционный объем производится снизу, а вывод абгазов сверху реактора. Верхняя крышка реактора имеет коническую форму и съемная.
Предыдущая << 1 .. 91 92 93 94 95 96 < 97 > 98 99 100 101 102 103 .. 162 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed