Технология полупроводникового кремния - Фалькевич Э.С.
ISBN 5-229-00740-0
Скачать (прямая ссылка):
Из описанного механизма образования малоугловых границ также ясно, что идеальная малоугловая граница, состоящая из одной стенки дислокаций, должна быть сравнительно редким явлением. Более часто место стыка состоит из совокупности одной, двух или нескольких разных по протяженности малоугловых границ и близко расположенных к ним одиночных дислокаций. Это также подтверждается экспериментальными данными.
Некоторые авторы [15, 21, 35, 36] связывают образование малоугловых границ при выращивании монокристаллов кремния с процессами
79
Рис. 30. Вогнутый (а) и выпуклый (ff) фронты кристаллизации с большой стрелой прогиба
полигонизации, т.е. перестройки дислокаций из линий скольжения в ряды (стенки). He отрицая принципиальной возможности протекания в отдельных случаях процессов полигонизации при выращивании монокристаллов кремния, укажем на ряд факторов, которые трудно объяснить исходя из этих позиций. Расчеты показывают [35, 37, 38], что при протекании процессов полигонизации расстояние между радами дислокаций (малоугловых границ) должно быть ~1-100 мкм. Такой сетки малоугловых границ в выращенных монокристаллах кремния не наблюдается. Многочисленные попытки, предпринятые авторами с сотрудниками, добиться образования малоугловых границ путем отжига в интервале температур 900-1400 °С (в течение 2-24 ч) монокристаллов кремния с ярко выраженными линиями скольжения не дали положительных результатов.
Существует также точка зрения об образовании малоугловых границ под влиянием термических напряжений [15]. Однако картинами распределения этих напряжений не удается объяснить многообразие форм и мест расположения малоугловых границ. Все это свидетельствует о том, что образование в процессе выращивания малоугловых границ связано с механизмом роста.
Большим достижением в технологии монокристаллического кремния явилась разработка Дэшом способа выращивания бездислокационных монокристаллов [39]. Сущность способа заключается в первоначальном выращивании на затравке длинной тонкой шейки (монокристалла диаметром, меньшиїй диаметра затравки). Хотя Дэш рекомендовал выбирать длину шейки равной нескольким ее диаметрам, на практике это соотношение поддерживают значительно большим (20-35). После выращивания шейки дальнейшее выращивание конической и цилиндрической части монокристалла осуществляют обычными приемами. Исчезновение дислокаций при выращивании шейки связано со следующим. Столь же быстро, как и граница раздела, способны перемещаться лишь те дислокации, которые заканчиваются на границе раздела твердое -
жидкое. Основные дислокации в кремнии (линейные и смешанные, см. табл. 1) перемещаются по плоскостям (111). Поэтому, если направление выращивания составляет конечный угол с плоскостью (111), дислокации выйдут на поверхность шейки. По этой причине предпочтительными направлениями выращивания являются [111] и [100]. Когда все дислокации устранены, дальнейшее их возникновение под влиянием изменений тепловых условий роста не происходит. Исключение составляют только случаи попадания на фронт кристаллизации инородных тугоплавких частиц.
Детальное изучение большого количества бездислокационных монокристаллов кремния показало, что по внешнему виду они отличаются от выращенных в таких же тепловых системах монокристаллов с дислокациями [2, 40-42]. Эти отличительные признаки проявляются более или менее, ярко независимо от способа выращивания, типа примеси и уровня легирования, а также диаметра монокристалла.
Характерные отличия внешнего вида бездислокационных кристаллов, выращиваемых по направлению [111], наблюдаются уже на участке выращивания шейки. В месте, где начинается рост бездислокационно-го монокристалла, отчетливо заметно увеличение диаметра, винтовая нарезка становится более глубокой. На конической части и на участке выхода на диаметр (т.е. перехода к постоянному диаметру) появляется своеобразный бугор, который особенно хорошо заметен при выращивании монокристаллов бестигельной зонной плавкой (рис. 31). Полученные в тех же условиях монокристаллы с дислокациями бугра не имеют.
На участке разращивания и при выходе на диаметр у бездислокационных кристаллов более резко проявляется характерный блеск неявных граней и шире становятся явные. При использовании метода Чохральского широкие явные грани могут сохраняться по всей длине монокристалла, а их изменения наиболее ярко проявляются при уменьшении диаметра и в конце кристалла. Расширение явных граней наиболее четко заметно при вогнутом фронте кристаллизации. При слегка выпуклом фронте явные грани остаются узкими.
После выхода на диаметр форма бездислокационных монокристаллов также существенно отличается от дислокационных.
Для монокристаллов, выращенных бестигельной зонной плавкой, характерно своеобразное ребро, которое проходит от описанного бугра по всей длине бездислокационного кристалла (см. рис. 31). Число ребер может достигать трех и более, причем высота их существенно зависит от скорости вращения кристалла и при увеличении последней уменьшается.
В бездислокационных монокристаллах, полученных по Чохральско-му, подобные ребра появляются значительно реже и выражены менее ярко. Как уже отмечалось, на поверхности монокристаллов наблюдают-
