8.2. Корректировка режимов при переходе на новую технологическую оснастку.
В связи с производственной необходимостью на установках был совершён переход на использование кварцевого тигля диаметром 356мм (вместо тигля диаметром 457мм), поэтому возникла потребность подбора нового режима выращивания.
На начальном этапе серьезной корректировки программ изменения скорости и температуры на процессе выращивания не проводилось. Для того, чтобы оценить, как изменение диаметра используемого тигля отразилось на стабильности роста монокремния Ø150мм, при использовании «старой» программы была обработана статистическая информация по росту монокремния Ø150мм из тиглей 356 и 457мм (таблица 11). Всего была обработана информация 15 процессов выращивания из тигля 356мм и 18 процессов выращивания из тигля Ø457мм. Результаты обработки данных показали, что доля бездислокационных кристаллов (БД) Ø150 в результате перехода на использование тиглей Ø356мм уменьшилась на 8% (с 62% до 54%), а выход в готовую продукцию (ГП) на 9% (с 65% до 56%).
Т
акже
после перехода на использование тиглей
меньшего диаметра был отмечен существенный
рост количества замечаний «подморозка»
на процессах выращивания. «Подморозка»
- производственный термин, означающий
начало спонтанной кристаллизации на
свободной поверхности расплава. По
совокупности результаты анализа
позволили предположить, что уменьшение
диаметра используемого тигля повлекло
за собой существенное изменение тепловых
условий выращивания монокристаллов
Ø150мм. В результате стабильность
бездислокационного роста снизилась.
Далее, были более подробно проанализированы текущие результаты выращивания монокремния Ø150 из тигля 356мм и связь исходной скорости выращивания (имеется в виду программная скорость перемещения затравки Vzp) и
доля получаемых бездислокационных кристаллов. Дело в том, что в условиях реального производства, используемые программные скорости выращивания могут незначительно варьироваться в зависимости от ростовой установки.
При повышенных скоростях выращивания (Vzp = 1,2-1,25 мм/мин) доля получаемых бездислокационных кристаллов была ниже, чем в случае проведения процессов с более низкими начальными скоростями (Vzp = 1,1-1,15 мм/мин).
Далее с целью подбора оптимального режима выращивания ранее сделанное предположение об общем снижении температур в приповерхностных слоях расплава было проверено с использованием программы математического моделирования процессов выращивания. Процессы выращивания монокристаллов Ø150мм из тиглей Ø356 и 457мм по представленным нами данным были смоделированы с помощью специализированного программного пакета «SGSim», производства ООО «Софт-Импакт» (Санкт-Петербург).
Программный пакет позволяет получить картину распределения температур в заданном тепловом узле на любой из стадий процесса выращивания монокристалла заданного диаметра.
Результаты проведенных расчетов подтвердили предположения о снижении температуры у поверхности расплава, сделанные ранее на основе анализа статистических данных по процессам выращивания.
При уменьшении диаметра тигля и сохранении стандартных режимом выращивания имело место существенное понижение температуры у поверхности расплава. Так, на сечении 290мм цилиндрической части кристалла, температура на поверхности расплава, в зоне, прилежащей к тиглю снизилась на 50С (рис.24).
Таким образом, переход к выращиванию монокремния Ø150 из тигля Ø356мм в тепловом узле под тигель 457мм привел к существенному понижению стабильности бездислокационного роста. Рассмотрение результатов математического моделирования показало, что при переходе на использование тиглей меньшего диаметра изменилось распределение температур в расплаве кремния, в первую очередь, понизилась температура приповерхностных слоев расплава. Понижение температуры слоев расплава у свободной поверхности расплава, по всей видимости, и привело к снижению стабильности бездислокационного роста кристаллов кремния (т.к. в условиях «более теплого» приповерхностного расплава (тигель 457мм) доля бездислокационных кристаллов Ø150мм была выше)
Таким образом, для повышения стабильности бездислокационного роста необходимо «прогреть» расплав. Повысить температуру расплава на процессе можно двумя способами:
1. Изменив конструкцию используемого теплового узла. Это можно сделать, например, «утеплив» экранировку. Однако, определить, в каком именно месте нужно добавить теплоизолятор (например, графитированный войлок) и сколько его нужно добавить, можно только проведением серии дорогостоящих пробных процессов выращивания.
2.Снизив скорости выращивания. Процедура не требует вмешательства в тепловой узел и почти наверняка с первых же процессов даст положительный эффект.
На втором методе повышения температуры расплава следует остановиться поподробнее. Повышение температуры расплава при снижении скоростей выращивания является следствием особенности работы системы автоматического управления процессом выращивания. Система автоматического управления (САУ), следит за тем, чтобы диаметр выращиваемого кристалла соответствовал заданному. В качестве инструментов поддержания диаметра используются изменение скорости выращивания (точнее изменение Vz) и изменение мощности нагревателя. Так, в случае увеличения диаметра выше заданного значения система может «вернуть» диаметр к заданному значению повышением скорости выращивания либо увеличением мощности нагревателя. В случае уменьшения диаметра кристалла меньше заданного САУ либо снижает скорость, либо сбрасывает мощность нагревателя.
В случае, когда мы принудительно снизим скорость выращивания, диаметр кристалла возрастет и САУ автоматически поднимет мощность нагревателя, чтобы диаметр кристалла снова стал соответствовать заданному изначально. Но, в таком случае, следствием увеличения мощности нагревателя станет не только приведение диаметра к заданному значению, но и более интенсивный прогрев расплава кремния (в том числе и вблизи поверхности раздела расплав-газ), что и является целью.
В некоторой степени действие этого эффекта мы могли оценить по долям бездислокационных кристаллов, полученных при скоростях 1,2-1,25 и 1,1-1,15. (20% и 71% соответственно). Таким образом, снижение скоростей выращивания позволило увеличить долю получаемых бездислокационных кристаллов. Кроме того, существенно уменьшилась доля обрывов бездислокационного роста (с 56% до 13,3%) и снизилось среднее время стравливаний (с 5,15 ч до 3,92 ч).