ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГ О КРЕМНИЯ
Выполнил(а): студент 2Д13 ИШПР ТПУ Чижова Анастасия
И
С
П
О
Л
Ь
З
О
В
А
Н
И
Е
на поверхности кремния можно легко сформировать оксидную пленку, используемую в качестве маскирующего покрытия при фотолитографии
В производстве полупроводниковых интегральных микросхем
свойствами кремния легко 
управлять с помощью легирования его примесными атомами
кремний имеет достаточно высокую механическую прочность и теплопроводность
кремний широко распространен в природе в виде соединений, хорошо обрабатывается и имеет невысокую стоимость
П
Р
И
Ч
И
Н
Ы
Получение поликристаллического кремния
|
|
кремний переводят в какое- |
|
|
нибудь газообразное |
|
|
соединение: |
|
|
Si + 2Cl2 → SiCl4 , |
|
|
Si + 3HCl → SiHCl3 + H2 |
|
|
восстановление кремния из |
Восстановление SiO2 |
Очистка от примесей |
газообразного соединения и |
получение чистого кремния: |
||
углеродом путем нагрева |
|
SiCl4 + 2H2 → Si + 4HCl , |
кварцевого песка и кокса |
|
|
|
SiH4 → Si + 2H2 |
|
до 1500 − 1750° С. |
|
|
|
|
|
SiO2 + 2C → Si + 2CO. |
|
|
выращивание кремния монокристаллического
Выращивание монокристаллических слитков кремния методом Чохральского
Чистый, свободный от дислокаций кристалл-затравка приводится в соприкосновение с поверхностью расплавленного кремния. Слой расплава кремния, находящийся в контакте с кристаллом-затравкой, кристаллизуется, причем структура образующейся твердой фазы кремния полностью повторяет структуру кристалла-затравки. Вращая кристалл-затравку и одновременно перемещая ее вверх, можно вытянуть из расплава монокристаллический слиток кремния цилиндрической формы.
Кристалл-затравку и тигель обычно вращают в противоположные стороны, что обеспечивает радиальную однородность температурного поля, а также способствует однородности растущего кристалла. Желательно, чтобы скорость вращения была максимально возможной, поскольку это позволяет вывести дислокации за пределы кристалла.
Легирование слитка осуществляют путем добавления в расплав сильно легированных гранул кремния. При этом на однородность распределения примесных атомов по слитку сильное влияние оказывает явление сегрегации. Явление сегрегации примесных атомов обусловлено различной растворимостью атомов в жидкой и твердой фазах и сопровождается перераспределением концентрации примеси на границе раздела двух фаз.
При вытягивании слитка из расплава вместе с ним из расплава в кристалл переходят и примесные атомы, но их относительная доля в слитке из-за явления сегрегации примеси будет меньше, чем в расплаве. Поэтому в процессе увеличения размеров слитка расплав будет обогащаться примесными атомами. Термический отжиг в значительной степени способствует устранению этой неоднородности
Получение монокристаллического кремния методом бестигельной зонной плавки
Отливка в форме стержня из поликристаллического кремния прикрепляется одним концом к затравочному кристаллу с нужной кристаллографической ориентацией. Область контакта стержня с кристаллом-затравкой разогревается до плавления с помощью СВЧ-индуктора или электронным лучом, после чего узкая зона расплава перемещается по стержню к противоположному концу, оставляя за собой монокристаллический кремний. Вследствие явления сегрегации примеси вместе с зоной расплава перемещается и значительная доля примесных атомов. Перемещая зону расплава по всему слитку несколько раз, можно добиться того, что большая часть примесных атомов будет скапливаться вблизи торцов слитка. Эти области отрезаются и в результате получается монокристаллический слиток с малым содержанием примесных атомов.
