40.Фоновые примеси в монокристаллическом кремнии.

При производстве п/п(а) необходимо обеспечивать очень низкого уровня загрязнения нежелательными примесями. Суммарное содержание быстро диффундир-их Ме(х) примесей должно быть не выше 10¹¹ см^-3, углерода не выше 10¹⁵ см^-3.

Содержание кислорода должно быть минимальным и равномерно распределено по объему слитка. Кислород в Si образует тв. растворы внедрения и явл. примесью отличающейся очень сложным поведением. В выращенном монокристалле 95% атомов кислорода находится в межузельном положении.

Изолированные атомы кислорода в решетки Si эл-ки нейтральны .При Т<1000⁰ C тв. раствор становится пересыщенным, что приводит к его распаду и образованию различного рода комплексов и дефектов структуры. В рез-те термической обработки как в процессе выращивания монокристалла так и при изготовлении приборов атомы кислорода могут взаимодействовать между собой, а так же другими примесями и дефектами и образовывать эл. Активные комплексы. Так называемыми термодонорами.

Высокая концентрация термодоноров затрудняет получение заданного значения удельного эл. сопротив. А так же получение монокрристалов с удельным эл. сопр. более 20 Ом на см.

С в Si является элетро нейтральной примесью замещения. Эта примесь способна оказывать сильное влияние на состояние комплексов точечных дефектов. И процессы дефектно примесного взаимодействия в Si. В зависимости от содержания С при терм. обработке Si могут существенно изменяться процессы формирования термодоноров. Метод Чохральского является основным методом получения монокристаллов Si (80-90%). В этом случае осн. Источником О₂ для Si явл. раств. в процессе выращивания монокристалла кварцевый тигель. При этом методе концентрация О₂ в Si может достигать 10¹⁸ см^-3 т.е. может быть выше чем концентрация легирующей примеси может оказывать серьезное влияние на Эл-кое и структурное св-во выращенного Si.

Основным источником С в Si явл. исходная загрузка и графитовая оснастка камеры. Обычная величина концентрации С в монокристалл-ом Si выращенном по методу Чохральского составляет (от 2 до 7) * 10¹⁶ см^-3.

В связи с необходимостью обеспечить в выращенном монокристалле минимальное содержание кислорода и углерода в последнее время возрос интерес к получению монокристалл. Si методом безтигельной зонной плавки. Метод позволяет значительно снизить содерж. этих примесей. О₂ например на 2 порядка.

Метод позволяет получать монокристаллы с предельно высоким, близким к собственному удельным эл. сопротивлением до 10⁵ Ом на см.

41.Микродефекты монокристаллического кремния.

100% монокристаллов Si в настоящее время выращивается с бесдислокационной структурой , важнейшей операцией при этом явл. выращивание в начале процесса монокристалла малого диаметра порядка ~3 мм. В этом случае монокристалл становится бездислокационным через несколько сантиметров после начала процесса выращивания, до нее скорость вытяг. монокр. уменьшают и происходит разростание монокрист. до треб. диаметра. Исчезновение дислокаций при выращ. такой узкой шейки монокрист. связанно со следующим.

Для получения бездислокацион. кристаллов Si предпочтитель. направления выращивания это напрвления <111> и <100>.

Одной из наиболее серьезных проблем получения бездислокацион. Si большого диаметра явл. проблема снижения содержания и уменьшения размеров присутствующих в нем микродефектов. Как показывает исследование последних лет именно растовые микродефекты, содержащиеся в пластинах оказывают наибольшее влияние на хар-ки создаваемых интегральных схем в связи с этим, по мере уменьшения топологиских размеров рабочих элементов интеграль. схем требования по допуст. кол-ву дефектов субмикронных размеров на поверхности пласт. сущ. ужесточаются. Основную роль в образовании растовых микродеф. выращ. по методу Чахральского монокристалла играют существен. мододефекты; вакансии между аотмами, а также О₂ .

В реальн. условиях уже на достаточно малых расст. от фронта кристализ. в монокристалл. возникает значтельное пересыщение по собств. точечным дефектам. Резкой температурной завис. их равновесной концентра. образующей избыточные неровности собствен. точечные дефекты аннигилировать стенки в качестве которых выступают боковые поверхности слитка и присутст. В обьеме. крупномасштабные дефекты прежде всего дислокации.

Другим источнтком микродефектов явл. О₂ конц. которого в выращ. монокристаллах как правило достаточна для образов. В процессе охлаждения пересыщ. твердого раствора.

Однако несмотря на то что концентрация О₂ в кристалл. намного выше концентра. собствен. точечных дефектов. Именно последнее играет ключевую роль в процессах дефектообразования, а связанно это с тем что движущей силой агрегации является не обсол. значение конц. точечных дефектов, а пересыщ. твердого раствора., которое существенно выше для собствен. точечных дефектов из-за резкого уменьшения их равновесных концентраций с уменьшением температуры.

Производимые в настоящее время монокристалл. большого диаметра явл. монокристаллы вакансионного типа. Поэтому в настоящее время основной задачей явл. разраб. технологии выращ. кристалла не содержащего вокансионные поры.

42. Современные тенденции развития производства полупрорводникового кремния. Основной объем монокристаллического кремния, потребляемого микроэлектроникой, выращивается ли методу Чохральского

Очищенный поликристаллический кремний помещают во вкладыш из кварцевого стекла, производится вакуумирование рабочей камеры до давления ~10^-4 Па и плавление Si. Монокристаллическая затравка приво­дится в соприкосновение с расплавом и из расплава с высокой скоростью вытягивается кристалл малого диаметра. Эта операция в начале процесса выращивания монокристаллического крем­ния необходима для уменьшения образования дефектов. Затем скорость подъема затравки снижается, происходит разрастание выращиваемого кристалла до необходимого диаметра. Заканчивается процесс выращивания оттяжкой на конус и отрывом кристалла от остатков расплава. Выращенные таким образом монокристаллы диаметром до 200 мм. Основным недостатком этого метода является загрязнение монокристаллов кислородом (до 10¹⁸ см^-3), источником которого является кварцевый вкладыш. Кроме того, наблюдается неоднородность в распре­делении дефектов и примесей по диаметру и длине слитка.

Для выращивания высокочистых монокристаллов кремния с малым содержанием кислорода и большим временем жизни носителей заряда применяют метод вертикальной бестигельной зонной плавки

Бестигельная зонная плавка обычно проводится в вакууме, при ле­гировании - в атмосфере водорода, который является газом-носителем. В результате зонной плавки содержание примесей в кремнии уменьшается за счет частичного испарения. Особенно существенна разница в концент­рации кислорода (на два порядка).

Этим методом могут быть получены монокристаллы с предельно высоким, близким к собственному, удельным электросопротивлением (до 10⁵ Ω*см). Скорость выращивания кристаллов таким методом вдвое больше, чем методом Чохральского, однако из-за технических трудностей диаметр кристаллов меньше, чем в методе Чохральского.

43. Применение поликристаллического кремния. Основное преиму­щество использования поликремния в технологии ИС - возможность формирования второго и даже третьего слоев, в которых создаются ак­тивные и пассивные элементы, и их изоляция от монокристаллической подложки и друг от друга. Применение поликристаллического кремния в технологии изготовления ИС, таким образом, открывает путь к созданию многослойных (трехмерных структур).

Возможность получения поликристаллического кремния с раз­личным электросопротивлением, отличающимся на несколько порядков, а также простота технологии сделали его очень перспективным материа­лом для использования во многих интегральных схемах - с одной сторо­ны, в качестве высоомного материала затворов, нагрузочных резисторов, а с другой - в качестве низкоомного материала межсоединений.

Сопротивление резисторов может изменяться в очень широких пределах. При высоких напряжениях поликремниевые резисторы приобре­тают нелинейные характеристики. Для обеспечения хорошей линейности необходима мелкозернистая структура пленок.

На поликремниевых пленках изготавливают также и диоды Шоттки, характеристики которых близки к характеристикам диодов с р-n перехо­дом. Сформировать поликремниевые биполярные транзисторы пока не удалось, однако в биполярной технологии эмиттер может изготавливать­ ся из поликремния. Поликремниевым эмиттерам присущ высокий коэф­фициент инжекции. Поликремний используется и при создании туннель­ных эмиттеров для вертикальных биполярных транзисторов. Однако харктеристики активных приборов, изготовленных на поликремнии (диодов, тонкопленочных транзисторов), сопоставимы с характеристика­ми приборов, изготовленных на монокристаллическом материале, только в том случае, когда поликремний подвергают рекристаллизации. На фор­му ВАХ активных элементов существенно влияют состояния на межзеренной границе. Специфическое свойство высокоомного (>103 Ω*см) поликремния заключается в возможном необратимом понижении его удельного сопротивления на несколько порядков при пропускании импульса; тока высокой плотности (~10⁴ А/см²). Этот эффект можно использовать в схемах ППЗУ, Поликремний применяется В качестве диффузионных источников при создании мелких р-n переходов, для обеспечения невыпрямляющиж контактов к монокристаллическому кремнию.

В структурах КСДИ (кремний с диэлектрической изоляцией) по­ликристаллический кремний играет роль несущей подложки для монокри­сталлических карманов.

Иногда для изоляции элементов ИС используют V-обраэные канавки. Для получения более гладкой поверхности канавку после окисления заполняют поликремнием.

Замена монокристал­лического кремния на поликристаллический в качестве активного элемен­та в солнечных батареях позволяет существенно снизить их стоимость, при этом поликристаллический кремний обеспечивает высокий КПД (10-12%).