115
где М – молярная масса кремния, г/моль; rтв – плотность кремния в твердой фазе, г/см3.
Для выравнивания скорости роста кремния по длине реактора применяют пьедесталы в виде усеченной пирамиды. Это позволяет регулировать скорость движения парогазовой смеси, размеры динамического и диффузионного слоев и, следовательно, поток кремния на подложку.
Легирование эпитаксиальных слоев кремния в хлоридном процессе целе-
сообразно проводить из галоидных соединений. Для легирования можно ис-
пользовать независимые внешние источники с введением в поток пара лигату-
ры или смеси лигатуры с тетрахлоридом кремния. Для легирования бором и фосфором применяют соединения BBr3, PCl3. Упругость их паров в широком диапазоне температур близка к упругости паровSiCl4. Это упрощает расчет уровня легирования. Недостатком является то. Что эти соединения имеют ко-
эффициент распределения К близкий к единице. Поэтому возникают трудности с получением высокоомных слоев. Для получения таких слоев лучше использо-
вать растворы SbCl3 у которой коэффициент распределении К =0,002.
Необходимо, также учитывать. Что давление пара лигатуры может быть ниже давления пара основного компонента. Это обуславливает обогащение раствора лигатурой по мере испарения источника и повышение концентрации примеси в слое по мере роста.
3.7 Получение профильных монокристаллов
Выращиваемые различными методами монокристаллы часто не соответст-
вуют размерам и форме тех изделий, для которых они предназначаются. Это объясняется тем, что рассмотренные ранее способы выращивания не позволяют управлять геометрией кристалла в тех пределах, в каких это требуется. Выра-
щивание профилированных кристаллов полупроводников и диэлектриков про-
изводят с целью:
116
1)снижения потерь, особенно дорогостоящих дефицитных материалов при резке их на заготовки для изготовления приборов и шлифовке;
2)снижения трудоемкости механической обработки кристаллов. Особен-
но для кристаллов трудно обрабатываемых материалов, обладающих высокой твердостью;
3) получения кристаллов с заданными электрофизическими и геометри-
ческими параметрами, исходя из требований, предъявляемых к приборам, изго-
тавливаемым на их основе; 4) создания условий для автоматизации и разработки непрерывных -про
цессов производства как материалов, так и приборов на их основе.
Выращивание профилированных кристаллов возможно при использова-
нии различных физико-химических факторов, определяющих формирование кристаллизующегося вещества: механического ограничения при росте кристал-
ла, влияния капиллярных сил и тепловых полей на процесс кристаллизации,
анизотропии скорости кристаллизации.
Идея выращивания профилированных кристаллов формообразованием участка расплава (мениска) была впервые предложена ученым А. В. Степано-
вым в 1938 г. Данный способ формирования, получивший свое название по имени автора (способ Степанова), применяется для выращивания монокристал-
лов в форме лент, пластин и др. Этот метод наряду с эпитаксиальным наращи-
ванием представляет наибольший технический интерес.
Принцип формирования профилированных кристаллов сформулирован .А
В. Степановым следующим образом: форма или элемент формы, которую же-
лательно получить, создается в жидкой фазе за счет различных эффектов, по-
зволяющих жидкости сохранить форму; сформированный таким образом объем жидкости переводят в твердое состояние в результате подбора определенных условий кристаллизации.
Схематическое изображение простейшего устройства, используемого для выращивания кристаллов германия в форме тонких пластин, представлено на рис. 3.10. Конструкция формообразователя выполнена в виде поплавка, изго-
117
товленного из графита с прорезью в виде щели. Щель формообразователя рас-
полагается ниже уровня расплава в тигле на расстоянии от поверхности, равном
8 – 9 мм. Это обеспечивает поступление расплава в щель под давлением. Ши-
рина и толщина ленты могут изменяться в широких пределах. Скорость роста профилированных кристаллов по методу Степанова может составлять от еди-
ниц до десятков мм/мин.
Рис. 3.10 — Схематическое изображение устройства для вытягивания монокристаллов в виде пластин: 1 — рас-
плав; 2 — тигель; 3 — графитовый поплавок; 4 — высо-
кочастотный индуктор; 5 — щель; 6 — монокристалл; 7 —
затравка
Выращивание кристаллов в форме лент возможно и при других конструк-
тивных оформлениях. Используется также выращивание с пленочной подпит-
кой при краевом ограничении роста и выращивание профильных кристаллов бестигельным методом с пьедестала.
При выращивании монокристаллов германия способом Степанова в каче-
стве материала для изготовления формообразователя наиболее часто применя-
ется графит. Он не смачивается расплавом германия и не загрязняет выращи-
ваемые кристаллы примесями благодаря тому, что промышленность выпускает графит полупроводниковой степени чистоты.
Более сложной проблемой является выбор материала формообразователя для выращивания профилированных монокристаллов кремния. Трудность вы-
бора материала формообразователя связана с исключительно высокой химиче-
ской реакционной способностью кремния при температуре плавления. Из большого количества опробованных материалов(карбид кремния, силициро-