Испарение летучих примесей из расплава кремния при выращивании монокристалов

Монокристаллы кремния n-типа проводимости широко используют для изготовления интегральных микросхем, в том числе, сверхбольших и ультравеликих, а так-же различных полупроводниковых приборов. Например, в последнее время на осно-ве n-кремния разрабатываются конденсаторы и полевые транзисторы с палладиевым утв-ром, служащие сенсорами аммиака [1]. Мировая микроэлектронная промышленность изго-товляе монокристаллы n-кремния выращиванием из расплава по методу Чохральского с легированием их фосфором.

Важным показателем качества монокристаллов кремния является величина и распределение по их длине и сечению концентрации как легирующей примеси фосфора, так и забрудню-ющего примеси кислорода. Кислород в кремнии образует твердый раствор внедрения, 95% его атомов находится в межузловых положениях кристаллической решетки кремния. Максимальная растворимость кислорода в твердом растворе вблизи температуры плавления составляет 5,2 · 1024 ат/м3 [2]. В процессе остывания монокристалла кремния по окончании его вытягивания из расплава твердый раствор кислорода становится пересыщенным, и атомы кислорода выпадают из него, создавая разного рода комплексы и микродефекты структуры. Изолированные атомы кислорода в решетке кремния электрически нейтральными. Однако, домиш-ка кислорода в монокристалле кремния определяет поведение термодонорив, термостабиль-ность времени жизни носителей заряда, эффективность процессов внутреннего гетерувания, а так-же увеличивает сопротивление кремниевых пластин изгиба [2,3]. По современным требованиям содержание ки-сню в монокристаллах кремния для микросхем должна превышать 1.1024 ат/м3 [4].

Управление концентрацией примесей фосфора и кислорода во время выращивания мо-нокристалив кремния остается актуальной задачей.

Состояние вопроса. Концентрация примеси в монокристалле определяется ее вхождений-нием из расплава в твердую фазу в процессе кристаллизации, которое принято характеризовать эффективным коэффициентом распределения примеси k: рртвтвNkN ⋅ ⋅ γγ = (1)

где Nтв, Nр - плотность атомов примеси соответственно в твердой и жидкой фазах, ат/м3; γр, γтв - соответственно плотность указанных фаз, г/м3.

В зависимости от кинетики процесса кристаллизации величина эффективного коэффициента k распределения основных примесей в кремнии должна находиться в интервале k0 ≤ k ≤ 1, где

k0 - равновесный коэффициент распределения этой примеси определяют непосредственно по диаграмме состояния «кремний-примесь» [5], т.е. для фосфора 0,35 ≤ k ≤ 1, а для кислорода - 0,5 ≤ k ≤ 1.

В процессе вытягивания из расплава монокристалла методом Чохральского от-ходит постепенное накопление в расплаве примесей, для которых k <1, вследствие их-го отталкивания от фронта кристаллизации в расплава. Соответственно, это должно призводе-ти к увеличению концентрации примесей фосфора и кислорода в расплаве, а значит, и в вы-рощуваному монокристалле. Однако и фосфор и кислород являются летучими примесями в расплаве кремния, поэтому их частичное испарение должно уменьшать содержание атомов данных примесей в расплаве. На практике содержание фосфора и кислорода меняется по длине выращиванием ного монокристалла (т.е. в течение процесса роста) не одинаково: фосфора - зрос-тае, а кислорода - уменьшается. Таким образом, из экспериментальных фактов следует, что испарение фосфора частично компенсирует накопление его атомов в расплетет-е, а испарение кислорода - превосходит.


Другие статьи по теме:

- Требования к качеству ювелирных сплавов
- Коррозионная устойчивость золотых сплавов
- Общие закономерности развития мирового хозяйства
- Практика современной школы
- АВТОМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПЛОСКОГО ШЛИФОВАНИЯ

Добавить комментарий:
Введите ваше имя:

Комментарий:

Защита от спама - введите символы с картинки (регистр имеет значение):

В феврале украинские предприятия сократили производство чугуна на 12,1%, стали - на 12,6%, проката - на 13,7%
Уже в ближайшее время для экспортеров металлургической и химической продукции может появиться новый налог.
Украинские металлургические предприятия в январе-феврале 2012 года сократили производство стали и проката на 5% по сравнению с аналогичным периодом 2011 года.