Технология полупроводникового кремния - Фалькевич Э.С.
ISBN 5-229-00740-0
Скачать (прямая ссылка):
Влияние асимметрии нагрева иллюстрирует рис. 153. Радиальная неоднородность возрастает с увеличением смещения исходного стержня (см. рис. 153], что является следствием оплавления уже закристаллизовавшейся части монокристалла. Естественно, что этот эффект тем больше, чем больше оплавившийся слой и чем меньше коэффициент сегрегации примеси. Авторами [247] получена зависимость, позволяющая определить условия выращивания, при которых оплавление не будет происходить: w < v/(2nrtga), где м - скорость вращения, об/мин;
V - скорость выращивания, мм/мин; г - радиус монокристалла, мм; Д а - угол наклона фронта кристаллизации (рис. 154).
Следует отметить, что эффект оплавления может проявляться и в симметричном тепловом поле при наличии колебаний мощности источ-
326
Рис. 154. Схеме выращивания при асимметричном иагреве (AZ г- смещение точки иа фронте кристаллизации при иращении монокристалла):
1 - плавящийся слиток; 2 - индуктор; 3 — зона расплава; 4 - растущий моиокристапл
Рис. 155. Зависимость радиальной неоднородности распределения УХ Ap1 от соотношения диаметров выращиваемого монокристалла d и BHyipeHHS1O диаметра индуктора D:
J — Cf = 45 мм; 2 — 55; 3 — 65; 4 — d ° 85 мм
ника нагрева, скорости выращивания и некоторых других факторов, приводящих к неравномерному нагреву кристалла. Некоторая асимметрия нагрева всегда будет также иметь место из-за наличия щели в той части витка индуктора, которой он крепится к фидеру. Вращение, которое применяется для придания монокристаллу цилиндрической формы и повышения надежности процесса плавки, приводит к периодическому воздействию этой более горячей части индуктора на фронт кристаллизации. Другими словами, цыращивание монокристалла с вращением можно рассматривать как выращивание в условиях асимметричного нагрева, приводящего к периодическому оплавлению фронта кристаллизации. Изучение влияния скорости вращения на радиальное распределение фосфора показало [247], что начиная с определенной скорости (~ 100 мин-1) оплавление кристалла исчезает.
Соотношение между наружным и внутренним диаметрами индуктора также оказывает влияние на радиальную неоднородность (рис. 155) [248]. Наблюдаемое уменьшение радиальной неоднородности при увеличении d/D связано с улучшением однородности прогрева.
Степень компенсации легирующего элемента также оказывает влияние на распределение УЭС по торцу монокристалла (рис. 156). В работах [249, 250] найдено выражение для определения допустимой величины степени компенсации К по заданному значению разброса УЭС: ' ' .
327
A Pt > %
Рис. 156. Заввсимость радиальной неоднородности УЭС ДРТ от степени компенсации основной примеси К. Цифры у кривых — отношения радиальных неоднородностей в монокристаллах, легированных только компенсирующей примесью ? и только основной примесью а
Рис. 157. Расчетная (1) и экспериментальные (2, 3) зависимости микронеоднородности распре деления УЭС Др от степени компенсации К для монокристаллов, выращенных по направлениям:
2 - [100]; 3- [111]
К = (Дрт- а)/(Дрт- ?).
В работе [251] установлено, что степень компенсации влияет также и на микронеоднородность распределения УЭС (рис. 157).
Канальная неоднородность распределения примесей (эффект грани) наблюдается в монокристаллах, выращенных по направлению [111] (см. гл. I). При легировании фосфором различие УЭС в области канала и вне его может достигать IO %, для сурьмы 20 % при УЭС 0,1-0,2 Ом • см. С увеличением УЭС отличие увеличивается и может достигать 40-50 %.
328
^ак отмечалось в гл. I, между размером канала и формой фронта кристаллизации существует тесная взаимосвязь. В процессе плавки фронт кристаллизации может иметь выпуклую, выпукло-вогнутую и вогнутую формы. Основными технологическими параметрами, влияющими на форму фронта кристаллизации, являются скорость выращивания и диаметр кристалла, а параметром, ее характеризующим, -тангенс угла наклона фронта кристаллизации в центральной части кристалла. С возрастанием скорости выращивания и диаметра кристалла тангенс угла наклона уменьшается и фронт кристаллизации приобретает вогнутую форму (увеличивается его кривизна) [253]. С увеличением кривизны фронта кристаллизации канал может исчезнуть.
Анализ результатов изучения изменения формы фронта кристаллизации позволяет установить оптимальные режимы выращивания для обеспечения требуемого фронта кристаллизации. Таким образом, управляя режимом выращивания и примесным составом кристаллов, можно добиться получения монокристаллов кремния с заданным распределением УЭС как в осевом, так и в радиальном направлениях. На практике разброс УЭС для промышленных легированных в процессе выращивания монокристаллов кремния составляет < 10-15 %.
Традиционными методами легирования в процессе зонной плавки не удается получить в условиях массового производства монокристаллы с разбросом УЭС <5-7 %. Поэтому особого внимания заслуживает одно из новых направлений технологии получения однородных по распределению фосфора монокристаллов кремния - метод нейтронного трансмутационного легирования (HTJI) [254], предложенный в работах [255, 256] и основанный на реакции трансмутации (п, 7) при взаимодействии тепловых нейтронов (En = 100 кэВ) с кремнием. Для этих целей используют исследовательские атомные реакторы либо реакторы атомных электростанций, имеющие высокую плотность и достаточную однородность потока тепловых нейтронов.
