Технология полупроводникового кремния - Фалькевич Э.С.
ISBN 5-229-00740-0
Скачать (прямая ссылка):
Стержень кремния к плавке подготавливают на специальном переделе - компоновке. Здесь проводят (в случае необходимости) химическую обработку стержней кремния, измерение их геометрических размеров и массы. При травлении используют реактивы высокой чистоты [содержание примесей 2 • IO'7-6 • IO-2 % (по массе)]. Для отмывки стержней от остатков реактивов используют высокочистую воду (очищенную ионообменными смолами). В ряде случаев стержни (особенно небольших диаметров) не подвергают механической и химической обработкам.
После компоновки стержень кремния, завернутый в лист целлофана и отмытый лист полиэтилена, поступает на установку для плавки. Цикл процесса плавки включает следующие операции: подготовку камеры, загрузку, создание заданной атмосферы в камере выращивания, разогрев стержня, проведение самой плавки, охлаждение и выгрузку кристалла. При подготовке камеры к плавке тщательно протирают внутренние стенки камеры, штоки и оснастку внутри камеры бязевой салфеткой. Подвижные элементы обезжиривают ацетоном или спиртом. Образующийся на стенках камеры налет (гарнисаж) от предыдущих плавок удаляется (если он имеет рыхлую структуру) при помощи пылесоса. Все операции проводят в специальных перчатках, чтобы устранить попадание загрязнений (включая и потовыделение кожи рук) на оснастку камеры выращивания.
После подготовки камеры загружают стержень и затравочный кристалл. Затравочный кристалл, поступающий на установку в полиэтиленовом пакете, частично распаковывают, открытым концом вставляют в держатель на нижнем штоке и юстируют. В такой же последовательности исходный стержень закрепляют в держателе на верхнем штоке. После этого с затравочного кристаллами исходного стержня снимают упаковочный материал и камеру закрывают. Все операции по загрузке камеры также проводят в специальных перчатках.
После загрузки воздух из камеры выращивания откачивают до задан-
314
ного остаточного давления, проверяют герметичность камеры путем измерения натекания в камеру, а затем приступают к предварительному разогреву конца стержня для уменьшения его электрического сопротивления. К концу стержня с помощью манипулятора подводят графит (молибден), который, имея высокую электропроводность, быстро нагревается индуктором и затем за счет радиационного излучения нагревает кремниевый стержень. После предварительного разогрева с помощью уже токов высокой частоты создается на конце стержня капля расплава. Затем в эту каплю вводится затравочный кристалл. Очень важно не пролить каплю на затравкодёржатель, так как образующиеся при этом пары материала держателя загрязняют стержень кремния. (Установлено, что попадание капли расплавленного кремния на держатель, изготовленный из графита и молибдена, вносит в кремний
IO13-IO14 ат/см3 примеси акцепторного типа). После очистки выращенный кристалл охлаждают в. камере выращивания до ~ 100 °С и только после этого его выгружают, соблюдая те же меры предосторожности, как и при загрузке в камеру выращивания. Выгруженный кристалл охлаждают до комнатной температуры в специальном боксе с обеспыленной атмосферой, после чего упаковывают в целлофановый или полиэтиленовый пакет и направляют на операцию выращивания монокристалла.
Выращивание монокристаллов
Выращивание монокристаллов бестигельной зонной плавкой состоит из следующих стадий: загрузка очищенного стержня в камеру и установка затравки; разогрев стержня, затравки и затравление; разращива-ние монокристалла до заданного диаметра (конусная часть); выращивание цилиндрической части монокристалла; окончание выращивания монокристалла (создание обратного конуса и разрыв зоны расплава).
Заданная кристаллографическая ориентация обеспечивается применением ориентированных затравочных кристаллов. Учитывая, что практически 100 % монокристаллов, выращиваемых методом бестигельной зонной плавки, используется с бездислокационной структурой, рассмотрим особенности получения именно таких монокристаллов.
При соприкосновении затравки с расплавом за счет термоудара в ней возникают дислокации (если исходная затравка была бездислокационной) либо возрастает их плотность (если исходна^ затравка содержала дислокации), причем плотность дислокаций после термоудара тем больше, чем больше сечение затравки [2]. Так, например, при изменении сечения затравки от 2x2 до 12x12 мм2 плотность дислокаций в зоне термоудара изменяется от 1,5 • IO4 до 2 • IO6 см'2 (исходная плотность дислокаций в затравках была примерно одинаковой и составляла 3 - 103—9 ¦ IO3 см"2). Протяженность зоны возникновения
315
(размножение) дислокаций также изменяется при увеличении сечения затравки.
В работе [237] исследовали процесс затравления и влияние условий затравления на структуру затравки. В предположении, что длина распространения термоудара совпадает с длиной зоны пластичности кремния, было рассчитано положение изотермы, до которой распространяется эта область:
Г = [Г-2/3 + Зх V IoI(SXD)Y2I3i (4°)
где о - излучательная способность материала; X. - коэффициент теплопроводности; Г и Tnn -¦ температуры поверхности монокристалла и плавления кремния; D - диаметра (размер) затравки; х - расстояние от фронта кристаллизации до участка с температурой Г.
