Технология полупроводникового кремния - Фалькевич Э.С.
ISBN 5-229-00740-0
Скачать (прямая ссылка):
224
кристаллические области, которые являются продолжением благр-приятно ориентированных кристаллов затравки (рис. 100, б). В зависимости от величины отклонения концентрации и температур от оптимальных пластины могут либо сужаться, либо расширяться к периферии стержня. Промежутки между пластинами заполнены дендритами с различной степенью отклонения направления роста от радиального. P результате травления таких образцов в 10 %-ном растворе NaOH выявлено, что пластины, как правило, являются двойниками. Форма фронта кристаллизации пластин и растущих в промежутках дендритов резко различается. Поверхность дендритов настолько шероховата, что выглядит совершенно матовой. В крупных дендритах хорошо видны ветви второго, третьего и даже четвертого периода.
Интересно, что структура кремниевых стержней, полученных в про-
1 цессе водородного восстановления дихлорсилана (рис. 100, в), отличает-/ ся более мелким зерном (состоит из большого количества тонких дендритов). Это связано с большим избыточным парциальным давлением кремния. В целом можно отметить, что при близких технологических режимах наиболее крупнокристаллическая структура стержней наблюдается при водородном восстановлении тетрахлорсилана, при использовании трихлорсилана размер зерна уменьшается и наиболее тонкие дендриты образуются при водородном восстановлении дихлорсилана. При соответствующих изменениях технологических режимов эта последовательность в изменении размера зерна может и не наблюдаться. Видимые на рис. 100, б пластины очень хорошо выделяются на поверхности стержня. Фронт кристаллизации блестящий, ступенчатый. В свою очередь поверхность ступеней имеет более тонкую ступенчатую структуру, так что в целом поверхность выглядит несколько выпуклой, а иногда и округлой. По этой причине углы между ступеньками трудно измерить. В среднем они близки к углам между гранями (111). Чем больше толщина пластины, тем более гладкие ступени, больше их поверхность, они лучше блестят.
На основании приведенных данных о структуре поликристаллических стержней с учетом технико-экономических показателей конкретной конструкции реактора водородного восстановления можно найти режим, обеспечивающий получение плотных компактных поликристаллических стержней с минимальной шероховатостью поверхности. На практике это обычно достигают путем выращивания стержней с тонкими дендритами.
Как уже указывалось, для каждой конструкции многостержневых печей водородного восстановления существует определенное расстояние между поликристаллическими стержнями, при уменьшении которого разумные изменения технологических режимов не приостанавливают процесса бурного развития дендритов. Это связано с тем, 8 -214 225
Рис. 101. Поперечные шлифы кремниевых стержней, полученных водородным восстановлением тетрахлорсилана с использованием моиокристаллических стержией-подложек при направлении оси стержня [111] и температуре, К: о-1353; б-1473. X 1,0
что с уменьшением расстояния тепловое поле между прутками претерпевает значительные изменения: повышается температура газа, поступление свежей паро-газовой смеси к этим участкам уменьшается и, как следствие, резко падает отношение PfP^ .
Опыты по получению моиокристаллических стержней в процессе водородного восстановления проводили, используя монокристалли-ческие стержни-подложки диам. 6 мм, полученные выращиванием с пьедестала.
226
При проведении опытов использовали тетрахлорсилан. С учетом изложенных выше результатов были проведены эксперименты ПО подбору оптимального режима выращивания монокристаллических стержней.
Как и в случае поликристаллической подложки, вдали от режима образуется поликристаллический стержень. При приближении к оптимальному режиму вначале возникает лучистая структура в направлении [HO] (рис. 101, а), затем лучи утолщаются и, наконец, возникает монокристалл (рис. 101,6). Если монокристаллическая подложка вдоль оси цилиндра имела направление [111], то стержень приобретает форму шестигранника (рис. 101, б). При затравке с направлением [110] получается четырехгранник.
Морфология монокристаллического кремниевого стержня, выращенного из газовой фазы, достаточно подробно описана в работе [143], в которой рассмотрены основные формы кремниевых стержней, ориентированных вдоль направлений [111], [110], [112], [001]. Наши исследования в основном подтвердили данные работы [143].
В зависимости от условий выращивания и диаметра можно наблюдать развитие {211} и {110} ограничивающих плоскостей. Прежде всего вначале вокруг цилиндрической затравки образуется шесть поверхностей {110}. Затем начинают развиваться поверхности {211} и при благоприятных условиях они вытесняют {HO}. В конечном итоге поверхности {110} вырождаются, как показано на рис. 101, б.
При сравнительно низкой концентрации хлорида можно наблюдать преимущественное развитие поверхностей {110}, причем поверхности {211} в отдельных случаях могут даже вырождаться в ребра.
При осаждении на пруток-подложку, ось которой ориентирована в направлении [110], поперечное сечение стержня представляет собой четырехгранник с плоскостями {111} в качестве ограничивающих поверхностей. Осаждение на подложку, ориентированную в направлении [112], приводит к получению стержней с шестью ограничивающими поверхностями, из которых две {111}, а четыре {113}. Ограничивающие стержень поверхности так же, как и для случая осаждения на подложку [111] состоят из ступеней, представляющих собой в большинстве случаев грани (111).
