Выращивание монокристаллов кремния по методу Чохральского
Около 75% всего производства монокристаллического Si ведется по методу Чохральского, который обеспечивает должный уровень качества, необходимый при изготовлении БИС (интегральных микросхем большой степени интеграции).
Метод Чохральского основан на направленной кристаллизации на затравку из большого объема расплава.
Современная установка для выращивания по Чохральскому (рисунок 3.1) представляет большой агрегат высотой более 5 м, включающий рабочую камеру, электронагреватель, прецизионную кинематическую систему, систему вакуумирования и газораспределения, устройства контроля и управления через ЭВМ.
Последовательность операций при выращивании монокристаллов следующая.
3.5.1.1 Подготовка и загрузка исходных материалов. В тигель помещают поликристаллический Si, полученный хлоридным методом, легирующую примесь, отходы монокристаллов, вакуумируют рабочую камеру, расплавляют материалы в тигле и выдерживают при Т > Тплавл
чтобы испарились летучие примеси.
3.5.1.2 Прогрев затравки. Затравка - это монокристаллический
стержень из Si малого диаметра, служащий центром кристаллизации.
Поперечное сечение затравки определяет ориентацию монокристалла: Δ - (III), □ - (100), ▬ - (110).
Рисунок 3.10 – Схема установки для выращивания слитков Si по методу Чохральского.
Прогревают затравку при высоких температурах, чтобы предотвратить термоудар, появление структурных несовершенств при опускании ее в расплав.
3.5.1.3 Выращивание шейки. Затравку опускают в расплав и с высокой скоростью поднимают, при этом из расплава "вытягивается"
тонкий кристалл малого диаметра - шейка.
3.5.1.4 Разращивание и "выход на диаметр". За счет снижения
скорости "подъема до (1,5-3) мм/мин осуществляется увеличение
диаметра до заданного номинала.
3.5.1.5 Выращивание цилиндрической части в автоматическом режиме. ЭВМ обеспечивает управление системами поддержания температуры, скорости вытягивания, подъема и опускания штока с затравкой,
вращения тигля.
3.5.1.6 Оттяжка на конус и отрыв кристалла от остатков расплава.
3.5.1.7 Медленное охлаждение кристалла, чтобы свести до минимума дефекты его структуры. Диаметр монокристаллических слитков
(75-100) мм, длина 1,5 м. Возможно выращивание слитков диаметром 150 мм и более. В заданную марку по удельному сопротивлению попадает обычно не более 50% длины слитка, остальная часть распределяется на другие марки или направляется снова в тигель для расплавления.
Недостатки метода Чохральского:
- растворение кварцевого тигля в расплаве Si со скоростью 10-6 г/(cм2. с), что обусловливает высокое содержание кислорода в слитке и малое удельное электрическое сопротивление, не более 104 Ом∙м;
- неравномерное распределение примесей, дефектов по длине слитка и по площади кристалла.
Для выращивания высокочистых монокристаллов Si г применяют метод бестигельной зонной плавки.
Дата добавления: 2018-11-26; просмотров: 733;