Технология полупроводникового кремния - Фалькевич Э.С.
ISBN 5-229-00740-0
Скачать (прямая ссылка):
Часто в начальный момент затравления на фронте роста можно наблюдать образование нового монокристалла (двойника), ориентированного к основному так, что в результате возникают два или несколько сросшихся монокристаллов. Сращивание происходит в строгой взаимной ориентации. В таком случае получается не моно-, а поликристалл. Возникающие двойники можно разделить на два типа: меняющие ориентацию монокристалла и не меняющие ее (ламели - усы).
Исследования показали, что местом зарождения двойников как первого, так и второго типов являются области формирования на боковой поверхности кристалла граней (111). Тщательное подплавление затравки в области граней (111) резко уменьшает вероятность образования двойников. Это может быть достигнуто путем изготовления затравок в виде таких призм, у которых ребра совпадали бы с местом расположения граней (111). Например, при выращивании монокристалла по направлению [111] затравка должна иметь форму правильной трехгранной призмы, боковы_е_ грани которой совпадают с кристаллографическими плоскостями {112}, а при выращивании по [100] четырехгранной призмы с боковыми гранями, совпадающими с плоскостями {100} [25, 26]. Применение таких затравок в сочетании с высокой чисто-
75
той расплава (отсутствие инородных тугоплавких частиц) и, естественно, начальное подплавление позволяют с высокой воспроизводимостью в производственных условиях выращивать монокристаллы (практически 100 %-ное затравление на монокристалл).
Напротив, если затравочный кристалл, ось которого совпадает с [100], огранить боковыми гранями, совпадающими с плоскостями {110}, то области формирования граней {111} смещаются на плохо подплавляе-мые средние части боковых поверхностей затравочного кристалла. В сочетании с переохлаждением расплава это приводит к увеличению вероятности одновременного двойникования по всем нижним плоскостям {111}, что приводит к образованию сложного двойникового комплекса, монокристаллические индивиды в котором отделены двойниковыми границами второго порядка [27, 28]. Таким приемом можно получить четырехсекторные кристаллы, содержащие четыре монокристалла (индивида) ориентации [122] каждый и разграниченные двойниковыми плоскостями второго порядка {122} (рис. 28). Применяя затравку, содержащую двойники определенной ориентации, можно получить более сложные комплексы [например, двух- и трехсекторные кристаллы с границами второго порядка (122) и (114)]. Основой при создании разных комплексов является то, что в двойниковых кристаллах кремния, индивиды в которых связаны между собой границами второго порядка, входящие двух-, трех и четырехгранные октаэдрические углы, образованные гранями {111} различных индивидов сростка, являются местом зарождения нового кристалла, находящегося в двойниковом положении ко всем индивидам сростка. Интересно отметить, что однажды сдвойникованный по одной из плоскостей (111) индивид двойни-куется еще раз по общим плоскостям {111} с прилегающими к нему индивидами. Это явление было названо авторами [29] вторичным двойникованием и в зависимости от симметрии двойникового комплекса и последовательности процессов двойникования оно может приводить к реставрации комплекса до монокристалла либо к перестройке в другой комплекс [29].
Рассмотрим теперь формирование дислокационной структуры в монокристаллах кремния.
Рис. 28. Четырехсекторный кристалл кремния
\
Наблюдения за процессами в монокристаллах показывают, что имеются два источника возникновения дислокаций. Первый из них -это сама затравка. Если она имеет дислокации, то они обычно переходят в кристалл. Вторым источником являются внутренние напряжения, связанные с тепловым ударом или действием достаточно больших механических напряжений. Результаты экспериментов свидетельствуют о том, что под действием термических напряжений, которые обычно имеют место в практике промышленного производства монокристаллов кремния, дислокации не образуются (за исключением случая отрыва монокристалла от расплава).
Прорастание дислокаций в наращиваемом слое кремния на примере роста монокристалла в направлении, перпендикулярном грани (111), можно представить, как прорастание экстраплоскости в тангенциально разрастающийся двумерный зародыш, так как образующиеся на поверхности у различного рода дефектов зародыши с большой точностью воспроизводят ее топографию [30]. При росте кристалла в тангенциальном направлении слоистый рост тоже повторяет дефект упаковки и лишние полуплоскости прорастают в слои накристаллизовавшегося материала. Линия дислокации при нарастании слоев из одного центра двумерной кристаллизации воспроизводится до тех пор, пока она из-за наклона экстраплоскости к поверхности кристалла не выйдет на поверхность. Переходящие в растущий монокристалл дислокации размножаются в дальнейшем под действием термических напряжений. При этом плотность дислокаций Nr достаточно хорошо описывается формулой Биллига [31]: Na =(а/Ь)(дТ/г), где а - коэффициент линейного расширения; b - вектор Бюргерса; д Т/д г - радиальный градиент температуры в монокристалле.
