Технология полупроводникового кремния - Фалькевич Э.С.
ISBN 5-229-00740-0
Скачать (прямая ссылка):
CJC0 = Cl2ID2,
где C1 и C0 — заданная концентрация примеси в монокристалле и концентрация примеси в прутке-подложке, ат/см3; d и D - диаметры
323
прутка-подложки и поликристаллического стержня кремния, полученного водородным восстановлением хлорсиланов, мм.
При легировании бором через пруток-подложку получаются наилучшие результаты, так как в процессе пЛавки перераспределения и испарения примеси практически не происходит. При легировании ф ])о-ром задача усложняется из-за малого коэффициента распредели, аия примесей (Jt0 = 0,35) и интенсивного испарения фосфора из зоны расплава (при плавке в вакууме).
При легировании твердой лигатурой навески чистого легирую- tero элемента или лигатуры (сплав кремния с легирующим элемег ом) специальной формы помещают в предварительно созданные механическим путем углубления (по длине исходного стержня или в начале стержня). Место расположения навески зависит от коэффициента сегрегации легирующего элемента. Если k < 1, навеску помещают а начальной части стержня, если к > 1 - в нескольких углублениях по длине стержня. Этот метод прост и дает удовлетворительные результаты, особенно при легировании примесями с к0 < 0,1 [например, галлием (к0 = 0,008) или индием (к0 = 0,0004)]. Массу навески m для получения требуемой концентрации примеси в монокристалле определяют из соотношения [229]:
т = H2{M/Nд){С JkQ)V,
где M ~ атомная масса примеси; Na - число Авогадро; C1 - требуемая концентрация примеси; V - объем зоны расплава.
При легировании газом поток, содержащий легирующее вещество, направляется на поверхность зоны расплава в процессе выращивания монокристалла (рис. 151). Для получения равномерного распределения примеси по длине монокристалла необходимо очень точно выдерживать направление подачи и количество подаваемого легирующего вещества в зону расплава. Большое влияние на воспроизводимость легирования оказывают режимы выращивания, форма и объем камеры выращивания. Хороших результатов удается добиться при разработке и использовании калибровочных графиков и таблиц индивидуально для каждой установки.
Аппаратурно метод газового легирования при выращивании в газовой среде оформлен аналогично легированию при выращивании монокристаллов в вакууме (см. рис. 151). При выращивании в газовой среде испарение легирующего элемента с поверхности зоны расплава значительно уменьшается, что способствует более точному и воспроизводимому легированию.
Изучение процесса легирования из газовой фазы начато авторами работы [245] и в дальнейшем интенсивно проводилось многими исследователями [173, 229, 246]. На основе анализа материального баланса
324
Wo
Рис. 1S1. Схема легирования из газовой фазы:
I — KOHTdteep с лигатурой; 2 — запорный вентиль; 3 — дроссель; 4 — дозирующий клапан; 5 — камера выращивания; 6 — слиток; 7 — зона расплава; 8 — индуктор
примеси'в [173] получена зависимость, применяемая на практике и учитывающая наличие в атмосфере выращивания легирующей примеси:
af C3-
vS Cn-C,
tTI-cCT
(41)
где C0, Cp и Cet - начальная, равновесная и стационарная (постоянная) концентрации примеси в расплаве, ат/см3; C3 - заданная концентрация примеси в кристалле, ат/см3; к - коэффициент испарения, см/с; F -площадь поверхности зоны расплава, см2; v - скорость выращивания, см/с; 5 - площадь поперечного сечения кристалла, см2.
По уравнению (41) можно оценить соотношение концентраций и определить условия проведения процесса выращивания. Уравнение (41) выведено с учетом предположения, что фосфор в исходном поли-кристаллическом стержне достаточно однородно распределен по объему. Выполненные в [246] исследования позволили установить величину допустимой компенсации бором и точность подачи фосфора к зоне расплава при получении монокристаллов с заданным разбросом УЭС (рис. 152).
На практике для оценки качества поликристаллического кремния можно пользоваться упрощенными соотношениями, учитывающими степень компенсации, которые получили название показатель качества (ПК):
для л-типа
ПК = PmaxPmin/(Pmax — Pmin) ^ 50Рц/6
11*—214
32S
Рис. 152. Зависимость допустимой компенсации К основной примеси от требуемого значения радиальной неоднородности Ap в монокристаллах при различной точности подачи (отклонение от средней величины) легирующей примеси, %'.
1-20;2~15;3-1В;4-5;5-2
Рис. 153. Зависимость радиальной неоднородности распределения фосфора AC от величины смещения оси плавящегося слитка е
для р-типа ПК = PmaxPminAPmax ~ PminP 50 Ри/бри,
где Ртах и Pmin - максимальное и минимальное значения УЭС, Ом • см; ри - номинальное значение УЭС кремния требуемой марки, Ом • см; бри - допустимое относительное отклонение УЭС от номинального значения кремния требуемой марки, %.
На распределение легирующего элемента по торцевому сечению монокристалла оказывают влияние асимметрии нагрева зоны расплава [247J; скорость вращения монокристалла [229, 247]; форма и размеры индуктора [229, 248]; степень компенсации. основной легирующей примеси [248-251]; эффект грани [46- 48,252].
