Технология полупроводникового кремния - Фалькевич Э.С.
ISBN 5-229-00740-0
Скачать (прямая ссылка):
Рассмотрим механизм роста монокристаллических стержней в процессе водородного восстановления хлорсиланов. Так же, как в рассмотренном ранее случае роста поликристаллического стержня в виде толстых пластин, оптимальные условия роста монокристаллических стержней будут определяться соотношением К < 1, поскольку при этом осуществляется рост с огранкой, приближающейся к плоской. Сопоставление экспериментально определенных условий выращивания моно-
227
кристаллических стержней в процессе водородного восстановления тетрахлорсилана подтверждает это.
Исследования показали, что монокристаллические стержни большого диаметра, полученные в процессе водородного восстановления тетра-хлорида кремния, обладают вполне удовлетворительными свойствами. Так, содержание кислорода было меньше 400 ppb, стержни имели п-тип проводимости с достаточно равномерным распределением УЭС по сечению. Значение холловской подвижности при комнатной температуре и температуре жидкого азота также было достаточно высоким.
Получение моиокристаллических стержней небольшого диаметра не вызывает значительных затруднений. Даже при использовании обычного режима при производстве поликристаллических стержней в процессе водородного восстановления можно получить достаточно совершенные монокристаллические стержни небольшого диаметра. Это связано с тем, что при небольших диаметрах пересыщение незначительно отличается от оптимального. Основные трудности возникают при выращивании моиокристаллических стержней большого диаметра.
Первые опыты выращивания моиокристаллических стержней, хотя и были обнадеживающими, все же показали, что выращивание крупных и совершенных монокристаллов требует очень тонкой регулировки температуры поверхности образца и концентрации газа.
Колебания в режиме немедленно приводят к образованию дендритов различной толщины (чем больше режим отклоняется от оптимального, тем тоньше дендрита). Часто дендриты появляются на поздних этапах роста в виде вкраплений, выступающих над поверхностью растущего монокристалла. Вследствие того что фронт кристаллизации дендрита выступает над поверхностью кристалла, он имеет несколько более низкую температуру. Появившись на поверхности монокристалла, дендрит так или иначе эту область кристалла портит. Другой тип дендритов появляется во впадинах между частями монокристалла, которые растут в виде пластин в направлении [HO]. Фронт роста этих дендритов обычно вначале немного отстает, а затем они быстро догоняют фронт толстых пластин, постепенно увеличивая толщину ветви. Однако кристалл все равно уже испорчен и дальнейшее увеличение размера не приведет к его исправлению.
Исследования показали, что проблему выращйвания больших и совершенных монокристаллов из газовой среды необходимо решать совместно с проблемой точного контроля параметров процесса.
Наиболее простым представляется путь, в котором будет обеспечено точное измерение температуры поверхности кристалла и состава газовой смеси непосредственно у границы раздела. Аппарат для выращивания должен обеспечивать совершенно идентичные и постоянные значения внешних параметров для всех стержней либо возможность
Рис. 102. Зависимость между УЭС монокристаллических лучей P2 и слитка P1 после одного прохода зоны в вакууме
тонкой регулировки и автоматического поддержания режима в процессе выращивания монокристаллов. Таким способом можно выращивать достаточно большие и совершенные монокристаллы.
Естественно, что тонкая регулировка параметров процесса при получении монокристаллов может привести к повышению стоимости оборудования. Однако возможности автоматического регулирования температуры и давления в настоящее время столь совершенны, что процесс можно полностью автоматизировать.
Несмотря на то что промышленное производство монокристалличес-ких стержней в процессе водородного восстановления хлорсиланов в настоящее время не развивается, знание условий формирования кремниевых стержней может быть использовано, например, для контроля качества исходного сырья (трихлорсилана, водорода), а также определения загрязнений, вносимых реактором. Авторами обнаружено, что между УЭС монокристаллических лучей шлифа и слитка после одного прохода зоны в процессе бестигельной зонной плавки в вакууме существует довольно тесная взаимосвязь (рис. 102). Другими словами, величина УЭС монокристаллических лучей может быть простым экспресс-методом для оценки уровня донорных примесей в кремниевых стержнях.
Требования к материалам для производства поликристаллического кремния
Необходимым условием получения поликристаллического кремния заданной степени чистоты является использование исходных материалов с определенными характеристиками. Требования к чистоте исходных материалов выработаны в течение длительного изучения влияния их свойств на параметры поликристаллического кремния. Эти требования постоянно ужесточаются.
На отечественных предприятиях для производства поликристаллического кремния используют трихлорсилан с содержанием бора
< 6 • IO'9 % (предел чувствительности метода), фосфора < 1 ¦ IO'8 %, металлических примесей < 1 ¦ IO-7 %.
