Технология полупроводникового кремния - Фалькевич Э.С.
ISBN 5-229-00740-0
Скачать (прямая ссылка):
Для случая выращивания монокристаллов с фронтом кристаллиза-
Рис. 34. Макронеоднородность монокристалла кремния, выращенного беСТИГеЛЬНОН 30HHOH плавкой по направлению [111] (продольное сечение; анодное травление):
1 н 2 — стержневой н трубчатый каналы соответственно
ции, приведенным на рис. 23, г, характерны стержневой, идущий по оси, и трубчатый каналы. Эти каналы появляются в местах, соответствующих выходу грани (111) на фронт кристаллизации. Увеличение размеров плоского участка на фронте кристаллизации приводит к увеличению ширины канала.
С уменьшением кривизны фронта кристаллизации увеличивается ширина центрального (стержневого) канала и уменьшается диаметр трубчатого канала. Резкое изменение фронта кристаллизации может привести к исчезновению канала. В области канала фронт кристаллизации плоский.
Следующий эксперимент доказывает, что образование центрального стержневого канала при бестигельной зонной плавке связано с выходом грани (111) на поверхность раздела. После отрыва (проход снизу вверх) на торце монокристалла оставалась жидкая капля. Монокристалл продолжал двигаться вниз. В первую очередь затвердевала внутренняя часть расплава и на поверхность капли выходил пятачок грани (111) (рис. 35, б). На продольном сечении монокристалла с подобной верхушкой видно, что канал заканчивается пятачком.
Обобщим известные экспериментальные данные прежде, чем сделать вывод о причинах возникновения канальной неоднородности.
1. Канальная неоднородность возникает только в том случае, когда на фронт кристаллизации выходит грань (111).
2. Граница зоны канальной неоднородности с остальной частью кристалла часто довольно четкая (см. рис. 34,35, а).
3. Канальная неоднородность встречается при выпуклом и вогнутом фронтах кристаллизации, но только там, где на поверхность может выйти грань (111).
4. Канальная неоднородность выражена тем сильнее, чем более поверхностно активной является примесь [49].
Эти особенности возникновения канальной неоднородности, по
87
Рис. 35. Продольное сечение монокристалла кремния с каналом (а, Х0,4) и пятачок выхода грани (Ш) (б, Х0,8)
нашему мнению, можно объяснить исходя из рассмотренных закономерностей процесса роста кристаллов.
Вернемся к анализу схем роста, приведенных на рис. 26. Как уже отмечалось, плоские участки в нормальном направлении растут за счет образования двумерных зародышей, а в тангенциальном направлении за счет их разрастания (рис. 36). После зарастания нового слоя процесс кристаллизации приостанавливается; плоский участок как бы ожидает, пока переохлаждение не достигнет значения, достаточного для образования двумерных зародышей. При этом переохлажденная плоскость адсорбирует большое количество примесей. Затем идет процесс образования новых групп двумерных зародышей в центральной части грани. В это время перегревается центральная часть монокристал-,; ла и наступает перерыв в пересыщении. Таким образом, канальная: неоднородность сама по себе периодически неоднородна по высоте.
He следует, однако, понимать это так, как будет периодичность по высоте (см. рис. 34) соответствует последовательности образования двумерных зародашей. Эта периодичность связана со скоростями* вращения и вытягивания монокристалла. В пространстве периодич'-; ность, связанная со скоростями вращения и вытягивания, приводит Щ геликоидальной (винтовой) поверхности. Движение кристалла привог дат также к тому, что большое количество двумерных зародаішеі| образует ступенчатую поверхность, растущую тангенциально примерн#
88
Рис. 36. Схема роста в области канала
в одних и тех же условиях. Большая группа двумерных зародышей образуется в условиях сильно переохлажденной жидкости. При уменьшении переохлаждения жидкости образуется меньше зародышей. Поэтому полосы, содержащие много примесей (светлые полосы, CM. рис. 34), обычно толще полос с меньшим количеством примесей (темные ПОЛОСЫ, CM. рис. 34).
Vtg
Как правило, поверхность ожидания больше всего на плоском участке фронта кристаллизации. Протяженность поверхности ожидания определяет ширину канала. На выпуклых участках (а здесь всегда переохлаждение больше) поверхность (111) не успевает еще разрастись, как возникает уже следующий зародыш (см. рис. 34). Все каналы характеризуются плоскими поперечными примесными полосами. Даже цилиндрические каналы, концентрически расположенные вокруг центрального канала, тоже имеют узкие горизонтальные полосы, содержащие большое количество примесей. Дополнительному повышению концентрации примесей в цилиндрических каналах может способствовать также следующее. При движении слоев в тангенциальном направлении примеси оттесняются и поэтому в местах стыка растущих навстречу слоев (т.е. как раз в области цилиндрических каналов) их концентрация может значительно отличаться от соседних участков.
Таким образом, главная причина образования канальной неоднородности - это рост путем механизма двумерного зарождения (в сочетании со скоростью вращения и вытягивания монокристалла по направлению [111]), который и приводит к повышенному переохлаждению в области выхода грани (111) на фронт кристаллизации;
