Технология СБИС / sbis / rost / rost_fk
.htmФакторы, влияющие на дефекты в процессе ростаФакторы, влияющие на дефекты в процессе ростаВлияние скорости роста на возникновение дефектов
При охлаждении кристалла от температуры кристаллизации происходит конденсация точечных дефектов. Плотность дефектов зависит от скорости охлаждения кристалла, которая является функцией скорости вытягивания кристалла и его диаметра. При скорости вытягивания 2мм/мин формирования дефектов не происходит. Это обусловлено закалкой точечных дефектов и предотвращением их агломерации. Такая скорость вытягивания не может быть достигнута для кристаллов диаметром более 75 мм без ухудшения степени их монокристалличности.
Влияние примесей на дефектность кристаллов
Примесь обладает определенной растворимостью в кристалле. Для разбавленных растворов равновесный коэффициент сегрегации k0 может быть записан как:
k0=Cs/Cl,
где Cs,Cl -равновесная концентрация примесей в твердой и жидкой фазах.
Распределение примеси в растущем кристалле может быть описано соотношением:
Cs=k0C0(1-X)k0-1,
где X - доля затвердевшего расплава,
C0 - первоначальная концентрация примеси в расплаве,
CS - концентрация примеси в твердой фазе,
k0 - равновесный коэффициент сегрегации.
Экспериментальным путем было установлено, что в реальных условиях необходимо пользоваться эффективным коэффициентом сегрегации ke:
,
где V - скорость роста (вытягивания),
D - коэффициент диффузии примеси в расплаве,
B - толщина граничного слоя.
Примеси и дефекты, возникающие в кремнии в процессе его роста.
Кислород попадает в кремний при частичном растворении тигля. Концентрация кислорода в кремнии составляет обычно 5·1017 см-3. Для ее уменьшения используют индукционный способ нагрева или уменьшают количество расплава в тигле. Присутствие кислорода в узлах кремниевой кристаллической решетки приводит к появлению донорных центров, а междоузельный кислород увеличивает предел текучести кремния. Кроме того, наличие кислорода вызывает образование дефектов за счет преципитации (появляется фаза SiO2). Наличие этой фазы вызывает появление сжимающих напряжений в кристалле и дислокационных петель. Дефекты данного типа захватывают как легирующие примеси, что является отрицательным фактором, так и нежелательные примеси, присутствующие в кремнии. Последнее используется в технологических операциях геттерирования.
Углерод попадает в кремний из графитовых узлов установки. Его концентрация в Si составляет обычно 1016 см-3. Углерод является примесью замещения. Он не выделяется в преципитаты и не становится электрически активным. Однако примесь углерода в кремнии влияет на процессы преципитации кислорода и дефектообразования. Концентрацию кислорода и углерода в кремнии определяют по спектрам ИК поглощения.
Влияние вращения кристалла на возникновение дефектов
Толщина граничного слоя зависит от условий конвекции в расплаве. Вращение кристалла в расплаве (принудительная конвекция) уменьшает толщину граничного слоя согласно следующей зависимости:
B=1,8·D1/3·V1/6·W-1/2,
где W - скорость вращения. Реально В уменьшается более резко, чем описано в уранении.
Основной результат тепловой конвекции - неоднородное распределение примесей на микроуровне. Обычно концентрация примесей уменьшается с увеличением диаметра (радиальная неоднородность).
Влияние химического переохлаждения на возникновение дефектов
Один из эффектов, возникающих в сильнолегированных расплавах - химическое переохлаждение. В этом случае кристалл растет нерегулярно и происходит образование дислокаций. Химическое переохлаждение ограничивает величину предельной концентрации для некоторых примесей.