Монокристалічний кремній: ріст та властивості

Джерело:https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-319-48933-9_13

CZ MCZ Single crystal

Кремній, який був і буде продовжувати бути домінуючим матеріалом у напівпровідниковій промисловості протягом деякого часу [13.1], перенесе нас в епоху надмасштабної інтеграції (ULSI) та епоху system-ona-chip (SOC).

У міру вдосконалення електронних пристроїв продуктивність пристроїв стала більш чутливою до якості та властивостей матеріалів, що використовуються для їх виготовлення.

Германій (Ge) спочатку використовувався як напівпровідниковий матеріал для твердотільних електронних пристроїв. Однак вузький пропускний діапазон (0,66 еВ) Ge обмежує роботу пристроїв на основі германію до температур приблизно 90∘C через значні струми витоків, що спостерігаються при більш високих температурах. З іншого боку, більш широкий діапазон діапазону кремнію (1,12 еВ) призводить до отримання електронних пристроїв, здатних працювати до $\approx 200^{\circ} C$ . Однак існує більш серйозна проблема, ніж вузька ширина забороненої зони: германій не забезпечує легкий пасиваційний шар на поверхні. Наприклад, діоксид германію (GeO2) є водорозчинним і дисоціює приблизно при 800∘C. Кремній, на відміну від германію, легко вміщує поверхневу пасивацію, утворюючи діоксид кремнію (SiO2), який забезпечує високий ступінь захисту базового пристрою. Це стабільний SiO2шар призводить до адекватної переваги кремнію над германієм як основного напівпровідникового матеріалу, що використовується для виготовлення електронних пристроїв. Ця перевага призвела до кількості нових технологій, включаючи процеси дифузійного легування та визначення складних моделей. Інші переваги кремнію полягають у тому, що він абсолютно нетоксичний та кремній (SiO2), сировина, з якої отримують кремній, становить приблизно 60%вмісту мінералів у земній корі. Це означає, що сировина, з якої отримують кремній, доступна в достатній мірі для інтегральної схеми (IC) промисловість. Більше того, кремній електронного класу можна отримати менш ніж за одну десяту від вартості германію. Всі ці переваги змусили кремній майже повністю замінити германій у напівпровідниковій промисловості.

Хоча кремній не є оптимальним вибором для кожного електронного пристрою, його переваги означають, що він майже напевно ще деякий час домінуватиме у напівпровідниковій галузі.

13.1Огляд

Дуже плідна взаємодія відбулася між користувачами та виробниками напівпровідникових матеріалів з часу винаходу точково-контактного транзистора в 1947 р., Коли необхідністьідеально і чистокристалів було розпізнано. Конкуренція часто була такою, що якість кристалів, що вимагається новими пристроями, могла бути задоволена лише шляхом контролю росту кристалів за допомогою електронного обладнання, побудованого на цих нових пристроях. Оскільки кристали кремнію, що не містять дислокацій, були вирощені ще в 1960-х роках з використаннямТехніка тире[13.2], дослідження та розробки напівпровідникових матеріалів зосереджувались на чистоті матеріалів, виробничих показниках та проблемах, пов’язаних з виробництвом пристроїв.

Напівпровідникові прилади та схеми виготовляються із застосуванням різноманітних механічних, хімічних, фізичних та теплових процесів. Діаграма Aflow для типових процесів підготовки напівпровідникового кремнію наведена на рис.13.1. Підготовка кремнієвих монокристалічних підкладок з механічно та хімічно відшліфованими поверхнями є першим кроком у тривалому та складному процесі виготовлення пристрою.

Fig. 13.1 — Рис. 13.1
Блок-схема для типових процесів підготовки напівпровідникового кремнію. (Після [13.1])

Як зазначалося вище, кремній є другим за поширеністю елементом на Землі; більше 90%земної кори складається з кремнезему та силікатів. Враховуючи це безмежне постачання сировини, проблема полягає в тому, щоб перетворити кремній у придатний для використання стан, необхідний напівпровідниковій технології. Перша і головна вимога полягає в тому, що кремній, що використовується для електронних пристроїв, повинен бути надзвичайно чистим, оскільки дуже мала кількість деяких домішок сильно впливає на електронні характеристики кремнію, а отже, і на продуктивність електронного пристрою. Друга вимога стосується кристалів великого діаметру, оскільки вихід стружки на пластину значно збільшується із більшими діаметрами, як показано на рис.13.2для випадку DRAM [13.3], один з найпоширеніших електронних пристроїв. Окрім чистоти та діаметру, вартість виробництва та технічні характеристики матеріалу, включаючи щільність дефектів та резистивну однорідність, повинні відповідати поточним промисловим вимогам.

Fig. 13.2 — Рис. 13.2
Стружки на пластину як функція генерації DRAM. (Після [13.3])

У цій главі сучасні підходи до одержання кремнію - перетворення сировини в монокристалічний кремній (див. Рис.13.1) - обговорюються.

13.2Вихідні матеріали

13.2.1Металургійний кремній

Вихідним матеріалом для високочистих монокристалів кремнію є кремнезем (SiO2). Першим кроком у виробництві кремнію є плавлення та відновлення діоксиду кремнію. Це досягається змішуванням діоксиду кремнію та вуглецю у вигляді вугілля, коксу або деревної тріски та нагрівання суміші до високих температур у дуговій печі на зануреному електроді. Це карботермічне відновлення кремнезему утворює плавлений кремній

S i O_{2} + 2C \to Si + 2CO .

(13.1) Складний ряд реакцій насправді відбувається в печі при температурах від 1500 до 2000∘C. Грудки кремнію, отримані в результаті цього процесу, називаються кремнієм металургійного класу (MG-Si), і його чистота становить близько 98–99%.

13.2.2Полікристалічний кремній

Проміжні хімічні сполуки

Наступним кроком є очищення MG-Si до рівня напівпровідникового кремнію (SG-Si), який використовується як вихідний матеріал для монокристалічного кремнію. Основна концепція полягає в тому, що порошкоподібний MG-Si реагує з безводним HCl, утворюючи різні сполуки хлорсилану в реакторі з псевдозрідженим шаром. Потім силани очищають дистиляцією та хімічним осадженням парів (ССЗ) для утворення SG-полікремнію.

Розглянуто кількість проміжних хімічних сполук, таких як моносилан (SiH4), тетрахлорид кремнію (SiCl4), трихлорсилан (SiHCl3) і дихлорсилану (SiH2Кл2). Серед них трихлорсилан найчастіше використовується для подальшого осадження полікремнію з наступних причин:

1.
Він може бути легко утворений реакцією безводного хлористого водню з MG-Si при досить низьких температурах (200–400∘C).
2.
Це рідина при кімнатній температурі, тому очищення може бути здійснено за допомогою стандартних методів дистиляції.
3.
З ним легко поводитися, і він може зберігатися в резервуарах з вуглецевої сталі, коли він висох.
4.
Рідкий трихлорсилан легко випаровується, і при змішуванні з воднем його можна транспортувати сталевими лініями.
5.
Його можна знизити при атмосферному тиску в присутності водню.
6.
Його осадження може відбуватися на нагрітому кремнії, усуваючи необхідність контакту з будь-якими сторонніми поверхнями, які можуть забруднювати отриманий кремній.
7.
Реагує при нижчих температурах (1000–1200∘C) і швидшими темпами, ніж тетрахлорид кремнію.

Гідрохлорування кремнію

Трихлорсилан синтезується нагріванням порошкоподібного MG-Si приблизно при 300∘С в реакторі з псевдозрідженим шаром. Тобто MG-Si перетворюється на SiHCl3згідно з наступною реакцією

Si + 3HCl \to S i H C l_{3} + H_{2} .

(13.2) Реакція є сильно екзотермічною, тому тепло потрібно відводити, щоб максимізувати вихід трихлорсилану. При перетворенні MG-Si в SiHCl3, різні домішки, такі як Fe, Al та B, видаляються шляхом перетворення їх у свої галогеніди (FeCl3, AlCl3, і BCl3відповідно) та побічних продуктів, таких як SiCl4та H2також виробляються.

Дистиляція та розкладання трихлорсилану

Дистиляція широко застосовується для очищення трихлорсилану. Трихлорсилан, що має низьку температуру кипіння (31,8∘C), фракційно переганяється з нечистих галогенідів, що призводить до значно підвищеної чистоти з концентрацією електрично активних домішок менше 1 ppba. Потім трихлорсилан високої чистоти випаровують, розбавляють високочистим воднем і вводять у реактор осадження. У реакторі доступні тонкі кремнієві стрижні, звані тонкими стрижнями, що підтримуються графітовими електродами для поверхневого осадження кремнію відповідно до реакції

S i H C l_{3} + H_{2} \to Si + 3HCl .

(13.3) На додаток до цієї реакції, наступна реакція також відбувається під час осадження полікремнію, в результаті чого утворюється тетрахлорид кремнію (основний побічний продукт процесу)

HCl + S i H C l_{3} \to S i C l_{4} + H_{2} .

(13.4) Цей чотирихлористий кремній використовується, наприклад, для отримання кварцу високої чистоти.

Само собою зрозуміло, чистота тонких стрижнів повинна бути порівняною з чистотою осадженого кремнію. Тонкі стрижні попередньо розігріті до приблизно 400∘C на початку процесу КРВ кремнію. Цей попередній нагрів необхідний для того, щоб збільшити провідність тонких стрижнів високої чистоти (з високим опором) настільки, щоб забезпечити резистивне нагрівання. Внесення на 200–300 год приблизно в 1100∘В результаті отримують полікремнієві стрижні високої чистоти діаметром 150–200 мм. Полікремнієві стрижні формуються у різні форми для подальших процесів росту кристалів, таких як шматки для росту розплаву Чохральського та довгі циліндричні стержні для росту в поплавковій зоні. Процес відновлення трихлорсилану на нагрітому кремнієвому стрижні з використанням водню був описаний наприкінці 1950-х - на початку 1960-х років у кількості патентів на процес, присвоєних Siemens; тому цей процес часто називаютьМетод Сіменса[13.4].

Основними недоліками методу Сіменса є низька ефективність перетворення кремнію та хлору, відносно невеликий розмір партії та велике споживання енергії. Низька ефективність конверсії кремнію та хлору пов'язана з великим обсягом тетрахлориду кремнію, що виробляється як побічний продукт у процесі ХВЗ. Тільки близько 30%кремнію, що надається в реакції CVD, перетворюється на високочистий полікремній. Крім того, вартість виробництва високочистого полікремнію може залежати від корисності побічного продукту, SiCl4.

Моносилановий процес

Технологія виробництва аполісиліцію, заснована на виробництві та піролізі моносилану, була створена наприкінці 1960-х. Моносилан потенційно економить енергію, оскільки він осаджує полікремній при нижчій температурі і виробляє чистіший кремній, ніж трихлорсилановий процес; однак він майже не використовувався через відсутність економічного шляху до моносилану та через проблеми з обробкою на етапі осадження [13.5]. Однак, завдяки недавньому розвитку економічних шляхів до високочистого силану та успішному функціонуванню заводів, що виробляють аварії, ця технологія привернула увагу напівпровідникової промисловості, яка вимагає більш чистого кремнію.

В сучасних промислових моносиланових процесах магній та порошок MG-Si нагріваються до 500∘C в атмосфері водню для синтезу силіциду магнезію (Mg2Si), який потім реагує з хлоридом амонію (NH4Cl) у рідкому аміаку (NH3) нижче 0∘С з утворенням моносилану (SiH4). Потім кремній високої чистоти отримують шляхом піролізу моносилану на резистивно нагрітих полікремнієвих нитках при 700–800∘C. У процесі утворення моносилану більша частина домішок бору видаляється із силану хімічною реакцією з NH3. Вміст аборону 0,01–0,02 ppba в полікремнії було досягнуто за допомогою амоносиланового процесу. Ця концентрація є дуже низькою порівняно з концентрацією, що спостерігається в полікремнії, приготованому з трихлорсилану. Більше того, отриманий полікремній менше забруднюється металами, що відбираються в процесі хімічного транспорту, оскільки розкладання моносилану не викликає жодних проблем корозії.

Гранульоване осадження полікремнію

Розроблено істотно інший процес, який використовує розкладання моносилану в реакторі осадження з псевдозрідженим шаром для отримання сипучого гранульованого полікремнію [13.5]. Крихітні частинки насіння кремнію псевдозріджуються в суміші амоносилану-водню, а полікремній осідає, утворюючи вільно текучі сферичні частинки, що мають в середньому діаметр 700 мкм з розподілом асизу 100–1500 мкм. Спочатку насіння з псевдозрідженим шаром виготовляли подрібненням SG-Si в оболонці або на молотковій млині та вилуговуванням продукту кислотою, перекисом водню та водою. Цей процес був трудомістким і дорогим, і, як правило, він вводив небажані домішки в систему через металеві шліфувальні машини. Однак за новим методом великі частинки SG-Si вистрілюють одна одну швидкісним потоком газу, змушуючи їх розбиватися на частинки відповідного розміру для киплячого шару. Цей процес не містить іноземних матеріалів і не вимагає вилуговування.

Через більшу площу гранульованого полікремнію реактори з киплячим шаром набагато ефективніші, ніж традиційні стрижневі реактори типу Сіменс. Показано, що якість полікремнію в псевдозрідженому шарі еквівалентна полікремнію, виготовленому більш традиційним методом Сіменса. Більше того, гранульований полікремній сипучої форми та висока насипна щільність дозволяє виробникам кристалів отримати максимум від кожного виробничого циклу. Тобто, в процесі росту кристалів Чохральського (див. Наступний розділ) тиглі можна швидко і легко заповнити до рівномірних навантажень, які зазвичай перевищують навантаження у випадково складених шматках полікремнію, виготовлених методом Сіменса. Якщо ми також розглянемо потенціал техніки для переходу від періодичної операції до безперервного витягування (обговорено пізніше), ми можемо побачити, що сипучі полікремнієві гранули можуть забезпечити вигідний шлях однорідної подачі в розстійний розплав. Цей продукт, як видається, є революційним вихідним матеріалом, що дуже обіцяє ріст кристалів кремнію.

13.3Монокристалічне зростання

Незважаючи на те, що для перетворення полікремнію в монокристали кремнію використовувались різні методи, у виробництві їх для електроніки домінували два способи, оскільки вони відповідають вимогам галузі мікроелектронних пристроїв. Одним з них є метод плавлення в азоні, який зазвичай називаютьплаваюча зона (ФЗ) метод, а інший - це метод апулювання, який традиційно називаєтьсяЧохральський (Чехія) метод, хоча насправді його слід називатиМетод Тіл – Літтл. Принципи цих двох методів росту кристалів зображені на рис.13.3. У методі FZ зону амольтену пропускають через аполісиліцієвий стрижень для перетворення його в однокристальний злиток; в методі CZ однокристальний кристал вирощують витягуванням з амельта, що міститься в акварцовому тиглі. В обох випадкахнасіннєвий криштальвідіграє дуже важливу роль в отриманні одноосібного кристала з бажаною кристалографічною орієнтацією.

Fig. 13.3a,b — Рис. 13.3а, б
Принципи монокристалічного росту шляхом (a) метод плаваючої зони та (b) Метод Чохральського. (Після [13.1])

За підрахунками, близько 95%всього монокристалічного кремнію виробляють методом CZ, а решту переважно методом FZ. Кремнієва напівпровідникова промисловість вимагає високої чистоти та мінімальних концентрацій дефектів у кристалах кремнію для оптимізації виходу приладу та експлуатаційних характеристик. Ці вимоги стають дедалі жорсткішими, оскільки технологія змінюється з LSI на VLSI ∕ ULSI, а потім SOC. Окрім якості або досконалості кристалів кремнію, діаметр кристалів також постійно збільшується, щоб задовольнити запити виробників пристроїв. Оскільки мікроелектронні мікросхеми виробляються черезпакетна система, діаметри кремнієвих пластин, що використовуються для виготовлення пристроїв, суттєво впливають на продуктивність (як показано на рис.13.2), а в свою чергу виробнича собівартість.

У наступних розділах ми спочатку обговорюємо метод FZ, а потім переходимо до методу CZ. Останні будуть розглянуті більш докладно через надзвичайне значення для мікроелектронної промисловості.

13.3.1Метод плаваючої зони

Загальні зауваження

Метод FZ походить від зонного плавлення, який використовувався для очищення бінарних сплавів [13.6] і був винайденийTheuerer[13.7]. Реакційна здатність рідкого кремнію з матеріалом, що використовується для тигля, призвела до розробки методу FZ [13.8], що дозволяє кристалізувати кремній без необхідності будь-якого контакту з тигельним матеріалом, необхідним для вирощування кристалів необхідної напівпровідникової чистоти.

Контур процесу

У процесі FZ аполісиліконовий стрижень перетворюється на однокристальний злиток, пропускаючи зону амольтену, нагріту котушкою вушка-вушка від одного кінця стрижня до іншого, як показано на рис.13.3a. Спочатку кінчик полікремнієвого стрижня контактує і сплавляється з насіннєвим кристалом з бажаною орієнтацією кристалів. Цей процес називаєтьсяпосів. Засіяна розплавлена зона проходить через полікремнієвий стрижень одночасним переміщенням монокристалічного насіння вниз по стрижні. Коли зона розплаву кремнію застигне, за допомогою затравочного кристала полікремній перетворюється в монокристалічний кремній. Коли зона рухається вздовж полікремнієвого стрижня, монокристалічний кремній замерзає на його кінці і зростає як продовження насіннєвого кристала.

Після висіву утворюється шийка шириною близько 2 або 3 мм у діаметрі та довжиною 10–20 мм. Цей процес називаєтьсяшия. Вирощування на шиї усуває дислокації, які можуть бути введені в нещодавно вирощений монокристалічний кремній під час операції висіву внаслідок термічного удару. Цей процес вирізування, що називаєтьсяТехніка тире[13.2], тому є фундаментальним для вирощування кристалів, що не містять дислокацій, і використовується універсально як в FZ, так і в CZ методах. Рентгенівський топограф насіння, шийки та конічної частини монокристалу кремнію, вирощеного методом FZ, показаний на рис.13.4. Очевидно, що дислокації, що утворюються при контакті з розплавом, повністю усуваються за допомогою шийки. Після формування конічної частини вирощується основне тіло з повним діаметром мішені. Протягом усього процесу росту ЗЗ форма розплавленої зони та діаметр злитка визначаються регулюванням потужності до котушки та швидкості ходу, які обидва знаходяться під контролем комп'ютера. Техніка, яка найчастіше використовується для автоматичного регулювання діаметра як у методах FZ, так і в CZ, використовує інфрачервоний датчик, зосереджений на меніску. Форма меніска на зростаючому кристалі залежить від його кута контакту на трифазній межі, діаметра кристала та величини поверхневого натягу. Відчувається зміна кута меніска (і, отже, діаметра кристала), і інформація надходить назад, щоб автоматично регулювати умови росту.

Fig. 13.4 — Рис. 13.4
Рентгенівська топографія насіння, шийки та конічної частини кремнію з плаваючою зоною. (Надано доктором Т.Абе)

На відміну від росту кристалів CZ, при якому затравочний кристал занурюється в розплав кремнію, а зростаючий кристал витягується вгору, у методі FZ тонкий насіннєвий кристал підтримує зростаючий кристал, як і полікремнієвий стрижень знизу (рис.13.3). Як і результат, стрижень рівномірно балансує на тонкому насінні та шийці протягом усього процесу росту. Насіння і шийка можуть підтримувати акристал вагою до 20 кг, якщо центр ваги зростаючого кристала залишається в центрі системи росту. Якщо центр ваги відсунеться від центральної лінії, насіння легко зламається. Отже, потрібно було винаходити техніку стабілізації та підтримки акристалу, перш ніж можна було вирощувати довгі та важкі кристали кремнію FZ. Для великих кристалів необхідно підтримувати зростаючий кристал способом, показаним на рис.13.5[13.9], особливо у випадку нещодавніх кристалів FZ з великим діаметром (150–200 мм), оскільки їх вага легко перевищує 20 кг.

Fig. 13.5 — Рис. 13.5
Підтримуюча система для кристалу кремнію з плаваючою зоною. (Після [13.9])

Допінг

Для того, щоб отримати монокристали кремнію n- або p-типу з необхідним опором, або кремній, або кристал, що зростає, повинні бути леговані відповідними донорними або акцепторними домішками відповідно. Для росту кремнію FZ, хоча було випробувано кілька методів допінгу, кристали зазвичай легують продуванням прийнятного газу, такого як фосфін (PH3) для кремнію або диборану типу n (B2H6) для кремнію р-типу на зону розплаву. Застосовуваний газ зазвичай розбавляють газом-носієм, таким як аргон. Великою перевагою цього методу є те, що виробнику кристалів кремнію не потрібно зберігати джерела полікремнію з різним питомим опором.

Оскільки сегрегація (обговорена в наступному підрозділі) елементарних добавок для кремнію n-типу набагато менше одиниці, кристали FZ, леговані традиційним методом, мають радіальні градієнти легуючої добавки. Більше того, оскільки швидкість кристалізації змінюється в радіальному напрямку на мікроскопічній шкалі, концентрації легуючої речовини розподіляються циклічно і породжують т.зв.легуючі смуги, що призводить до неоднорідностей радіального опору. Для отримання більш однорідного легованого кремнію n-типу, легування нейтронної трансмутації (NTD) застосовується до кристалів кремнію FZ [13.10]. Ця процедура передбачає ядерну трансмутацію кремнію у фосфор шляхом бомбардування кристала тепловими нейтронами відповідно до реакції

^{30} S i (n, γ) \to^{31} S i \overset{2.6 h}{\to}^{31} P + β .

(13.5) Радіоактивний ізотоп31Si утворюється при30Si захоплює аневтрон, а потім розпадається на стабільний ізотоп31P (атоми-донори), розподіл яких не залежить від параметрів росту кристалів. Відразу після опромінення кристали проявляють високий опір, що пояснюється великою кількістю дефектів решітки, що виникають внаслідок радіаційного пошкодження. Отже, опромінений кристал необхідно відпалювати в інертному середовищі при температурі близько 700∘C, щоб знищити дефекти та відновити питомий опір до одержуваного легуванням фосфором. За схемою NTD, кристали вирощують без легування, а потім опромінюють у ядерному реакторі із затримливим відношенням теплових до швидких нейтронів з метою посилення захоплення нейтронів та мінімізації пошкодження кристалічної решітки.

Застосування NTD майже виключно обмежено кристалами FZ через їх вищу чистоту порівняно з кристалами CZ. Коли застосовували методику NTD до кристалів кремнію CZ, було встановлено, що утворення донора кисню в процесі відпалу після опромінення змінило питомий опір від очікуваного, хоча досягнута однорідність донорного фосфору [13.11]. NTD має додатковий недолік, який полягає в тому, що для легуючих речовин типу p не доступний жоден процес і що для низьких опорів (в діапазоні 1–10 Ом см) необхідний надмірно довгий період опромінення.

Властивості кристалів кремнію FZ

Під час росту кристалів FZ розплавлений кремній не контактує з будь-якою речовиною, крім навколишнього газу в камері росту. Отже, кристал кремнію FZ за своєю суттю відрізняється вищою чистотою порівняно з кристалом ACC, який вирощується з розплаву - за участю контакту з аквагельним тиглем. Цей контакт призводить до високих концентрацій домішок кисню близько 1018атоми ∕ см3у кристалах CZ, тоді як кремній FZ містить менше 1016атоми ∕ см3. Така вища чистота дозволяє кремнію FZ досягти високих питомих опорів, яких не можна отримати за допомогою кремнію CZ. Більшість споживаного кремнію FZ має питома активність від 10 до 200 Ом см, тоді як кремній CZ зазвичай готується до опору 50 Ом см або менше через забруднення з кварцового тигля. Тому кремній FZ в основному використовується для виготовлення напівпровідникових силових пристроїв, які підтримують зворотні напруги, що перевищують 750–1000 В. Висока чистота зростання кристалів і точність легуючих характеристик NTD FZ-Si також призвели до його використання в інфрачервоних детекторах13.12], наприклад.

Однак, якщо врахувати механічну міцність, вже багато років визнано, що кремній FZ, який містить менше кисневих домішок, ніж кремній CZ, механічно слабший і більш вразливий до термічних навантажень під час виготовлення пристрою [13.13,13.14]. Високотемпературна обробка кремнієвих пластин під час виготовлення електронних пристроїв часто створює достатню температурну напругу для утворення дислокацій ковзання та деформації. Ці ефекти призводять до втрати врожаю через негерметичні стики, діелектричні дефекти та зменшення терміну служби, а також знижують фотолітографічні виходи через погіршення площинності пластин. Втрата геометричної площини через деформацію може бути настільки серйозною, що пластини не обробляються далі. Через це кремнієві пластини CZ використовуються набагато ширше у виробництві пристроїв ІС, ніж пластини FZ. Ця різниця в механічній стійкості проти теплових напружень є основною причиною того, чому кристали кремнію CZ використовуються виключно для виготовлення мікросхем, які вимагають великої кількості етапів термічного процесу.

Для подолання цих недоліків кремнію FZ, зростання кристалів кремнію FZ з легуючими домішками, такими як кисень [13.15] та азоту [13.16] було здійснено спробу. Було виявлено, що легування кристалів кремнію FZ киснем або азотом у концентраціях $1 - 1.5 \times 10^{17} a t o m s / c m^{3}$ або $1.5 \times 10^{15} a t o m s / c m^{3}$ відповідно, призводить до помітного збільшення механічної міцності.

13.3.2Метод Чохральського

Загальні зауваження

Цей метод був названий на честь Й. Чохральського, який створив методику визначення швидкостей кристалізації металів [13.17]. Однак власне метод витягування, який широко застосовувався для росту монокристалів, був розробленийЧирокіМаленький[13.18], який змінив основний принцип Чохральського. Вони першими успішно виростили монокристали германію, довжиною 8 дюймів і діаметром 0,75 дюйма, в 1950 році. Згодом вони сконструювали інший апарат для росту кремнію при більш високих температурах. Хоча основний процес виробництва монокристалічного кремнію мало що змінився з тих пір, як його запровадили Тіл та його колеги, монокристали кремнію великого діаметру (до 400 мм) із високим ступенем досконалості, що відповідають найсучаснішому пристрою вимоги зросли завдяки включенню в апарат техніки Dash та послідовних технологічних інновацій.

Сучасні дослідження та розробки щодо кристалів кремнію спрямовані на досягнення мікроскопічної однорідності властивостей кристалів, таких як питомий опір та концентрації домішок та мікродефектів, а також мікроскопічного контролю над ними, що буде розглянуто в інших розділах цього Посібника.

Контур процесу

Три найважливіші етапи росту кристалів CZ схематично показані на рис.13.3b. В принципі, процес росту CZ подібний до процесу росту FZ: (1) плавлення полікремнію, (2) висівання та (3) вирощування. Однак процедура витягування CZ є більш складною, ніж процедура росту FZ, і відрізняється від неї використанням акварцового тигля для утримання розплавленого кремнію. Малюнок13.6показаний ашематичний вигляд типового сучасного обладнання для вирощування кристалів CZ. Важливими етапами у фактичній або стандартній послідовності росту кристалів кремнію CZ є такі:

1.
Полікремнієві шматки або зерна поміщають в акварцовий тигель і плавлять при температурах, вищих за температуру плавлення кремнію (1420∘В) в інертному оточуючому газі.
2.
Розплав деякий час витримують при високій температурі, щоб забезпечити повне плавлення та викидання з розплаву крихітних бульбашок, які можуть спричинити порожнечі або негативні дефекти кристалів.
3.
Кристал насіння з бажаною орієнтацією кристалів занурюють у розплав, поки він не почне сам плавитися. Потім насіння витягують із розплаву, так що шийка формується шляхом поступового зменшення діаметра; це найтонший крок. Протягом усього процесу росту кристалів інертний газ (зазвичай аргон) тече вниз через витяжну камеру для виведення продуктів реакції, таких як SiO та CO.
4.
Поступово збільшуючи діаметр кристала, виростають конічна частина і плече. Діаметр збільшується до цільового діаметру за рахунок зменшення швидкості витягування і ∕ або температури розплаву.
5.
Нарешті, циліндричну частину тіла з відповідним діаметром вирощують, контролюючи швидкість витягування та температуру розплаву, одночасно компенсуючи падіння рівня розплаву в міру зростання кристала. Швидкість витягування, як правило, зменшується до хвостового кінця відростаючого кристала, головним чином за рахунок збільшення теплового випромінювання від стінки тигля, коли рівень розплаву падає і піддає більше стінки тигля зростаючому кристалу. Близько кінця процесу росту, але до того, як тигель повністю зливається з розплавленого кремнію, діаметр кристала повинен поступово зменшуватися, утворюючи кінцевий конус, щоб мінімізувати тепловий удар, який може спричинити дислокації ковзання на кінці хвоста. Коли діаметр стає досить малим, кристал можна відокремити від розплаву без утворення дислокацій.

Малюнок13.7показано насіннєву частину вирощеного кристала кремнію CZ. Хоча кукурудза насіння, яка є перехідною областю від насіння до циліндричної частини, зазвичай формується досить рівною з економічних причин, з точки зору якості акристалу може бути бажаною більш звужена форма. Плечову частину та її околиці не слід використовувати для виготовлення пристрою, оскільки ця частина в багатьох сенсах розглядається як область переходу, і вона проявляє неоднорідні характеристики кристалів через різку зміну умов росту.

Fig. 13.6 — Рис. 13.6
Схематичний вигляд типової системи вирощування кристалів кремнію Чохральського. (Після [13.1])

Fig. 13.7 — Рис. 13.7
Насіннєва частина вирощеного кристалу кремнію Чохральського

Малюнок13.8демонструє надзвичайно великий у формі вирощений злиток кристалів кремнію CZ діаметром 400 мм і довжиною 1800 мм, вирощений корпорацією Super Silicon Crystal Research Institute в Японії [13.3].

Fig. 13.8 — Рис. 13.8
Надзвичайно великий вирощений кремнієвий злиток Чохральського діаметром 400 мм і довжиною 1800 мм. (Надано корпорацією Super Institute of Crystal Research Institute, Японія)

Вплив просторового розташування inaGrownCrystal

Як Рис.13.9чітко зображено, кожна порція кристала aCZ вирощується в різний час з різними умовами росту [13.19]. Таким чином, важливо розуміти, що кожна порція має різний набір характеристик кристалів та різну температурну історію через своє різне розташування вздовж довжини кристала. Наприклад, насіннєва частина має супутню термічну історію, яка коливається від температури плавлення 1420 до приблизно 400∘C в Apuller, в той час як хвостова частина має попередню історію і досить швидко охолоджується від точки плавлення. Зрештою, кожна кремнієва пластина, приготована з різної частини відрослого кристала, могла виявляти різні фізико-хімічні характеристики залежно від її розташування в злитку. Насправді повідомляється, що поведінка кисневих опадів виявляє найбільшу залежність від місця розташування, що, в свою чергу, впливає на утворення об'ємних дефектів [13.20].

Fig. 13.9 — Рис. 13.9
Теплове середовище під час росту кристалів Чохральського на початковій та кінцевій стадіях.Стрілкивказати приблизні напрямки теплового потоку. (Після [13.19])

Крім того, анонуровномірний розподіл як дефектів кристалів, так і домішок відбувається по поперечному перерізі плоскої пластини, приготовленої з кристалу кремнію ACZ, кристалізованого або послідовно затверділого на поверхні розділу кристал-розплав, який, як правило, кривий у процесі росту кристалів CZ. Такі неоднорідності можна спостерігати яксмугасті, про які піде мова пізніше.

13.3.3Домішки кремнію Чохральського

Властивості кремнієвих напівпровідників, що використовуються в електронних пристроях, дуже чутливі до домішок. Завдяки цій чутливості, електричні ∕ електронні властивості кремнію можна точно контролювати, додаючи невелику кількість легуючої добавки. На додаток до цієї чутливості до добавки, забруднення домішками (особливо перехідними металами) негативно впливає на властивості кремнію і призводить до серйозного погіршення експлуатаційних характеристик пристрою. Більше того, кисень включається на рівні десятків атомів на мільйон в кристали кремнію CZ завдяки реакції між розплавом кремнію та кварцовим тиглем. Незалежно від кількості кисню в кристалі, на характеристики кристалів кремнію сильно впливає концентрація та поведінка кисню [13.21]. Крім того, вуглець також вбудовується в кристали кремнію CZ або з полікремнієвої сировини, або в процесі росту, завдяки графітовим деталям, що використовуються в витяжному обладнанні CZ. Незважаючи на те, що концентрація вуглецю в комерційних кристалах кремнію CZ становить, як правило, менше 0,1 ppma, вуглець є домішкою, яка сильно впливає на поведінку кисню [13.22,13.23]. Крім того, леговані азотом кристали кремнію CZ [13.24,13.25] нещодавно привертали велику увагу завдяки своїй високій мікроскопічній якості кристалів, яка може відповідати вимогам до найсучасніших електронних пристроїв [13.26,13.27].

Домішка Неоднорідність

Під час кристалізації з розплаву різні домішки (включаючи легуючі речовини), що містяться в розплаві, включаються у зростаючий кристал. Концентрація домішок твердої фази, як правило, відрізняється від концентрації рідкої фази через афеномен, відомий яксегрегація.

Сегрегація

Рівноважна сегрегаційна поведінка, пов'язана із затвердінням багатокомпонентних систем, може бути визначена за відповідною фазовою діаграмою абринарної системи зрозчинена речовина(домішка) та aрозчинник(матеріал-господар) як компоненти.

Співвідношення розчинності домішки Ain твердого кремнію [CA]sдо рідкого кремнію [CA]L

k_{0} = \frac{[C_{A}]_{s}}{[C_{A}]_{L}}

(13.6) позначається яккоефіцієнт сегрегації рівноваги. Розчинність домішок у рідкому кремнії завжди вища, ніж у твердому кремнії; це,k0& lt; 1. Рівноважний коефіцієнт сегрегаціїk0застосовується лише до затвердіння при незначно повільних темпах зростання. Для кінцевих або вищих швидкостей затвердіння домішкові атоми зk0& lt; 1 відхиляються твердим тілом, що просувається, із більшою швидкістю, ніж вони можуть дифундувати в розплав. У процесі росту кристалів CZ сегрегація відбувається на початку затвердіння на межі розділу насіння – розплав, і відбраковані атоми домішки починають накопичуватися в шарі розплаву поблизу поверхні зростання і дифундувати в напрямку основної маси розплаву. У цій ситуаціїефективний коефіцієнт сегрегаціїkeffможе бути визначена в будь-який момент під час росту кристалів CZ, а концентрація домішок [C]sв aCZ кристал може бути отриманий за допомогою

[C]_{s} = k_{e f f} [C_{0}] (1 - g)^{k_{e f f} - 1},

(13.7) де [C0] - початкова концентрація домішки в розплаві іg- фракція затверділа.

Отже, очевидно, що амакроскопічна поздовжня зміна рівня домішок, яка спричиняє зменшення питомого опору внаслідок зміни концентрації легуючої речовини, невід’ємна для процесу росту партії CZ; це пов’язано з явищем сегрегації. Більше того, на поздовжній розподіл домішок впливають зміни величини та характеру конвекції розплаву, які виникають у міру зменшення співвідношення сторін розплаву під час росту кристалів.

Смугасті

У більшості процесів росту кристалів існують перехідні процеси в таких параметрах, як миттєва мікроскопічна швидкість росту та товщина дифузійного прикордонного шару, що призводить до змін ефективного коефіцієнта сегрегаціїkeff. Ці варіації породжують мікроскопічні композиційні неоднорідності у виглядісмугастіпаралельно межі розділу кристал – розплав. Смуги можна легко розмежувати за допомогою декількох методів, таких як пільгове хімічне травлення та рентгенівська топографія. Малюнок13.10показані смуги, виявлені хімічним травленням в плечовій частині вздовж поперечного перерізу кристала кремнію aCZ. Також чітко спостерігається поступова зміна форми інтерфейсу росту.

Fig. 13.10 — Рис. 13.10
Смуги зростання, виявлені хімічним травленням, у плещі кремнію Чохральського

Смуги фізично викликані виділенням домішок, а також точковими дефектами; однак смуги практично викликані коливаннями температури біля межі розділу кристал-розплав, викликаними нестабільною тепловою конвекцією в розплаві та обертанням кристалів в асиметричному тепловому середовищі. Крім того, механічні вібрації через погані механізми керування тягою в зростаючому обладнанні також можуть викликати коливання температури.

Малюнок13.11схематично ілюструє поперечний переріз кристалів, вирощених у форматі CZ, що містить поверхню розмежування кристал-розплав, що призводить до неоднорідностей на поверхні асиліка Оскільки кожна плоска пластинка нарізана, вона містить різні частини декількох криволінійних смуг. Іншийфонографні кільця, називаютькружляти, тоді можуть відбуватися в кожній пластині, що можна спостерігати по всій пластині, використовуючи вищезазначені методи.

Fig. 13.11 — Рис. 13.11
Схематична ілюстрація поперечного перерізу кришталю Чохральського, що містить різну поверхню розділу кристал-розплав та плоскі пластинки, нарізані на різні частини. (Після [13.1])

Допінг

Для того, щоб отримати бажаний питомий опір, певну кількість легуючої речовини (донорних або акцепторних атомів) додають до розплаву кремнію відповідно до співвідношення питомий опір-концентрація. Загальноприйнятою практикою є додавання легуючих речовин у вигляді високолегованих частинок кремнію або шматків питомого опору близько 0,01 Ом см, які називаються кріпильними елементами, оскільки кількість чистого легуючого речовини некеровано мала, за винятком сильнолегованих кремнієвих матеріалів (n+або стор+кремній).

Критеріями вибору адаптанта для напівпровідникового матеріалу є те, що він має такі властивості:

1.
Відповідні рівні енергії
2.
Висока розчинність
3.
Підходить або низька дифузійність
4.
Низький тиск пари.

Висока дифузійність або високий тиск пари призводить до небажаної дифузії або випаровування легуючих речовин, що призводить до нестабільної роботи пристрою та труднощів у досягненні точного контролю опору. Занадто мала розчинність обмежує опір, який можна отримати. На додаток до цих критеріїв слід враховувати хімічні властивості (наприклад, токсичність). Подальше врахування з точки зору росту кристалів полягає в тому, що добавка має коефіцієнт розподілу, близький до одиниці, щоб зробити питомий опір максимально рівномірним від кінця затравки до кінця злитка кристала CZ. Отже, фосфор (P) та бор (B) є найбільш часто використовуваними донорними та акцепторними добавками для кремнію відповідно. Для н+кремнію, в якому атоми донорів сильно леговані, зазвичай замість фосфору використовується сурма (Sb) через її меншу дифузійність, незважаючи на малий коефіцієнт сегрегації та високий тиск пари, що призводить до великих коливань концентрації як в осьовому, так і в радіальні напрямки.

Кисень і вуглець

Як схематично показано на рис.13.3б і13.6, акварц (SiO2) тигельні та графітові нагрівальні елементи використовуються в методі росту кристалів CZ-Si. Поверхня тигля, що контактує з розплавом кремнію, поступово розчиняється внаслідок реакції

S i O_{2} + Si \to 2 S i O .

(13.8) Ця реакція збагачує розплав кремнію киснем. Більшість атомів кисню випаровуються з поверхні розплаву у вигляді летючого монооксиду кремнію (SiO), але частина з них вбудовується в кристал кремнію через межу розділу кристал-розплав. Однак вуглець у кристалах кремнію CZ походить головним чином з полікристалічного вихідного матеріал. Рівні вуглецю від 0,1 до 1 ppma, залежно від виробника, знаходяться в полікремнії. Припускають, що джерелами вуглецю в полікремнії є переважно вуглевмісні домішки, виявлені в трихлорсилані, що використовується у виробництві полікремнію. Графітові деталі обладнання для витяжки CZ також можуть сприяти забрудненню вуглецем, реагуючи з киснем, який завжди присутній під час зростання навколишнього середовища. Отримані продукти CO і CO2розчиняються в розплаві кремнію і враховують домішки вуглецю в кристалах кремнію. Таким чином, кисень і вуглець є двома основними недопіровими домішками, які вбудовані в кристали кремнію CZ способом, схематично показаним на рис.13.12. Поведінка цих домішок у кремнії, які впливають на кількість властивостей кристалів кремнію CZ, було предметом інтенсивного вивчення з кінця 1950-х років [13.21].

Fig. 13.12 — Рис. 13.12
Включення кисню та вуглецю в кристал кремнію Чохральського. (Після [13.1])

13.4Нові методи зростання кристалів

Кристали кремнію, що використовуються для виготовлення мікроелектронних приладів, повинні відповідати різноманітним вимогам, встановленим виробниками приладів. Крім вимог до кремніювафлі, наступні кристалографічні вимоги стали більш поширеними завдяки виробництву високоефективних та високоефективних мікроелектронних приладів:

1.
Великий діаметр
2.
Низька або контрольована щільність дефектів
3.
Рівномірний і низький градієнт радіального опору
4.
Оптимальна початкова концентрація кисню та його опади.

Зрозуміло, що виробники кристалів кремнію повинні не тільки відповідати вищезазначеним вимогам, але й виробляти ці кристали економно та з високою урожайністю. Основними проблемами виробників кристалів кремнію є кристалографічна досконалість та осьовий розподіл легуючих речовин в кремнії CZ. Для подолання деяких проблем із звичайним методом росту кристалів CZ було розроблено кілька нових методів росту кристалів.

13.4.1Зростання Чохральського із застосуванням магнітного поля (MCZ)

Потік конвекції розплаву в тиглі сильно впливає на якість кристалів CZ кремнію. Зокрема, несприятливі смуги росту спричинені нестабільною конвекцією розплаву, що призводить до коливань температури на межі зростання. Здатність магнітного поля інгібувати теплову конвекцію в електропровідної рідини вперше була застосована до росту кристалів антимоніду індію за допомогою горизонтальної техніки човна [13.28] і техніка горизонтальної зони плавлення [13.29]. Завдяки цим дослідженням було підтверджено, що амагнітне поле достатньої сили може придушити коливання температури, що супроводжують конвекцію розплаву, і може різко зменшити смуги зростання.

Вплив магнітного поля на смуги росту пояснюється його здатністю зменшувати турбулентну теплову конвекцію розплаву і, в свою чергу, зменшувати коливання температури на межі розділу кристал-розплав. Затухання потоку рідини, спричинене магнітним полем, відбувається за рахунок індукованої магнітомоторної сили, коли потік є ортогональним лініям магнітного потоку, що призводить до збільшення ефективної кінематичної в'язкості провідного розплаву.

Про зростання кристалів кремнію за допомогою магнітного поля методом CZ (MCZ) було вперше повідомлено в 1980 р. [13.30]. Спочатку MCZ був призначений для росту кристалів кремнію CZ, які містять низькі концентрації кисню і, отже, мають високий опір з низькими радіальними варіаціями. Іншими словами, очікувалося, що кремній MCZ замінить кремній FZ, який майже виключно використовується для виготовлення силових пристроїв. З тих пір були розроблені різні конфігурації магнітного поля з точки зору напрямку магнітного поля (горизонтального чи вертикального) та типу використовуваних магнітів (нормальної провідності чи надпровідності) [13.31]. Кремній MCZ, вироблений із широким діапазоном бажаних концентрацій кисню (від низької до високої), представляє великий інтерес для різних застосувань пристроїв. Цінність кремнію MCZ полягає у високій якості та здатності контролювати концентрацію кисню в широкому діапазоні, чого неможливо досягти за допомогою звичайного методу CZ [13.32], а також його посилений темп зростання [13.33].

Що стосується якості кристалів, то безсумнівно, що метод MCZ забезпечує кристали кремнію, найбільш сприятливі для промисловості напівпровідникових приладів. Виробнича вартість кремнію MCZ може бути вищою, ніж вартість звичайного кремнію CZ, оскільки метод MCZ споживає більше електроенергії і вимагає додаткового обладнання та робочого простору для електромагнітів; однак, беручи до уваги вищі темпи зростання MCZ, і коли використовуються надпровідні магніти, які потребують менше місця та споживають менше електроенергії порівняно з провідними магнітами, виробнича вартість кристалів кремнію MCZ може стати порівнянною із ціною звичайних кристалів кремнію CZ. Крім того, поліпшена якість кристалів кремнію MCZ може збільшити вихід продукції та знизити собівартість продукції.

13.4.2Безперервний метод Чохральського (CCZ)

Витрати на виробництво кристалів у великій мірі залежать від вартості матеріалів, зокрема вартості тих, що використовуються для кварцових тиглів. У звичайному процесі CZ, який називається aпакетний процес, акристал витягується з одноразового тигля, а кварцовий тигель використовується лише один раз, а потім відкидається. Це пов’язано з тим, що невелика кількість залишку кремнію розтріскує тигель, коли він охолоджується від високої температури під час кожного циклу росту.

Одна стратегія економічного поповнення розплавом аквагельного тигля полягає в постійному додаванні корму в міру вирощування кристала і, таким чином, підтримці розплаву на постійному обсязі. На додаток до економії тигля, метод безперервної зарядки Чохральського (CCZ) забезпечує ідеальне середовище для росту кристалів кремнію. Як уже згадувалося, багато неоднорідності кристалів, вирощених звичайним періодичним процесом CZ, є прямим результатом нестабільної кінетики, що виникає внаслідок зміни обсягу розплаву під час росту кристалів. Метод CCZ спрямований не тільки на зменшення виробничих витрат, а й на вирощування кристалів у стійких умовах. Підтримуючи об'єм розплаву на рівні постійного, можна досягти стабільних температурних умов та умов потоку розплаву (див. Рис.13.9, що показує зміну теплового середовища при звичайному зростанні CZ).

Безперервна зарядка зазвичай виконується подаванням полікремнію, як показано на рис.13.13[13.34]. Ця система складається з чоппера для зберігання полікремнієвої сировини та авіаційного живильника, який передає полікремній у тигель. У тиглі, що містить розплав кремнію, необхідна перегородка з акварцу для запобігання турбулансу розплаву, спричиненого подачею твердого матеріалу навколо поверхні зростання. Сипучі гранули полікремнію, такі як згадані раніше, очевидно є вигідними для методу CCZ.

Fig. 13.13 — Рис. 13.13
Схематична ілюстрація методу безперервної зарядки Чохральського. (Після [13.34])

Метод CCZ, безумовно, вирішує більшість проблем, пов’язаних з неоднорідностями кристалів, вирощених звичайним методом CZ. Більше того, поєднання MCZ і CCZ (безперервний CZ із застосуванням магнітного поля (MCCZ) метод), як очікується, забезпечить остаточний метод росту кристалів, даючи ідеальні кристали кремнію для широкого спектру мікроелектронних застосувань [13.1]. Дійсно, він використовувався для вирощування високоякісних кристалів кремнію, призначених для мікроелектронних пристроїв [13.35].

Однак слід підкреслити, що різні термічні історії різних частин кристала (від насіння до кінців хвоста, як показано на рис.13.9) слід враховувати навіть тоді, коли кристал вирощується за ідеальним методом росту. Для того, щоб гомогенізувати вирощений кристал або отримати осьову однорідність термічної історії, застосовується певна форма подальшої обробки, така як високотемпературний відпал [13.36], необхідний для кристала.

13.4.3Метод нерозвиненого росту

Як уже згадувалося, процес шиї Даша (який виростає на шиї 3-5 мм у діаметрі, рис.13.7) є критичним кроком під час росту кристалів CZ, оскільки усуває врослі дислокації. Ця техніка є галузевим стандартом вже більше 40 років. Однак нещодавні вимоги до великих діаметрів кристалів (& gt; 300 мм, вагою понад 300 кг) призвели до необхідності шийок більшого діаметру, які не вводять дислокацій у зростаючий кристал, оскільки шийка діаметром 3–5 мм у діаметрі не може підтримувати такі великі кристали.

Насіння великого діаметру, які зазвичай мають довжину 170 мм, з мінімальним діаметром> 10 мм і в середньому 12 мм, вирощені з розплаву кремнію, сильно легованого бором (

& gt; 10^{19} a t o m s / c m^{3}

) використовувались для вирощування кристалів кремнію CZ діаметром 200 мм діаметром 200 мм [13.37,13.38]. Підраховано, що шийки великого діаметру діаметром 12 мм можуть підтримувати кристали CZ вагою до 2000 кг [13.39]. Малюнок13.14a,bпоказаний кристал кремнію CZ без дислокацій діаметром 200 мм, вирощений без процесу шийки Dash, та рис.13.14a,bb показує збільшене насіння (порівняйте з рис.13.7). Механізм, за допомогою якого дислокації не включаються у зростаючий кристал, в першу чергу пояснюється зміцнюючим ефектом важкого легування бору в кремнії.

Fig. 13.14a,b — Рис. 13.14а, б
Кристал кремнію Czochralski без дислокацій діаметром 200 мм, вирощений без процесу шийки Dash. (a)Все тіло, (b) насіння і конус. (Надано професором К. Хошікавою)

Список літератури

13.1F. Шимура:Напівпровідникова технологія кристалів кремнію(Академік, Нью-Йорк, 1988)Google Scholar
13.2 Тире WC: J. Appl. Фіз.29, 736 (1958)Перехресні посиланняGoogle Scholar
13.3K.Takada, H.Yamagishi, H.Minami, M.Imai: В:Напівпровідниковий кремній(Електрохімічне товариство, Пеннінгтон, 1998) с.376Google Scholar
13.4JRMcCormic: В:Напівпровідниковий кремній(Електрохімічне товариство, Пеннінгтон, 1986) с.43Google Scholar
13.5PA Тейлор: Твердотільний Технол.Липень, 53 (1987)Google Scholar
13.6WG Pfann: Пер. Am. Ін-т Хв. Метал. Інж.194, 747 (1952)Google Scholar
13.7CHTheuerer: Патент США 3060123 (1962)Google Scholar
13.8PH Кек, MJE Голей: Фіз. Преподобний89, 1297 (1953)Перехресні посиланняGoogle Scholar
13,9 Вт. Келлер, А. Мюльбауер:Кремній з плаваючою зоною(Марсель Деккер, Нью-Йорк, 1981)Google Scholar
13.10 Джм Міз:Легування нейтронної трансмутації в напівпровідниках(Пленум, Нью-Йорк 1979)Перехресні посиланняGoogle Scholar
13.11HMLiaw, CJVarker: В:Напівпровідниковий кремній(Електрохімічне товариство, Пеннінгтон, 1977) с.116Google Scholar
13.12 ELKern, LSYaggy, JABarker: In:Напівпровідниковий кремній(Електрохімічне товариство, Пеннінгтон, 1977) с.52Google Scholar
13.13 СМ Hu: Заяв. Фіз. Lett.31, 53 (1977)Перехресні посиланняGoogle Scholar
13,14 тис. Суміно, Х. Харада, І. Йоненага: Jpn. J. Appl. Фіз.19, L49 (1980)Перехресні посиланняGoogle Scholar
13,15 тис. Суміно, І. Йоненага, А. Юса: Jpn. J. Appl. Фіз.19, L763 (1980)Перехресні посиланняGoogle Scholar
13.16 Т. Ейб, К. Кікучі, С. Ширай: В:Напівпровідниковий кремній(Електрохімічне товариство, Пеннінгтон, 1981) с.54Google Scholar
13.17Дж. Чохральський: З. Фіз. Хім.92, 219 (1918)Google Scholar
13.18GK Teal, JB Little: Phys. Преподобний78, 647 (1950)Google Scholar
13,19 Вт. Цюленер, Д. Губер: В:Кристали 8: кремній, хімічне травлення(Springer, Berlin, Heidelberg 1982) с. 1Google Scholar
13.20 год. Цуя, Ф. Шимура, К. Огава, Т. Кавамура: Дж. Електрохім. Соц.129, 374 (1982)Перехресні посиланняGoogle Scholar
13.21F. Шимура (Ред.):Кисень в кремнію(Академік, Нью-Йорк, 1994)Google Scholar
13,22 с. Кішино, Ю. Мацусіта, М. Канаморі: Заяв. Фіз. Lett.35, 213 (1979)Перехресні посиланняGoogle Scholar
13.23F. Шимура: J. Appl. Фіз.59, 3251 (1986)Перехресні посиланняGoogle Scholar
13.24HD Chiou, J. Moody, R. Sandfort, F. Shimura: VLSI science technology, Proc. 2-й Міжнародний Симп. Дуже великий масштаб Integr. (Електрохімічне товариство, Пеннінгтон, 1984) с. 208Google Scholar
13.25F. Shimura, RS Hocket: Заяв. Фіз. Lett.48, 224 (1986)Перехресні посиланняGoogle Scholar
13.26 А. Губер, М. Капсер, Дж. Грабмайер, У. Ламберт, ВвАммон, Р. Печ: В:Напівпровідниковий кремній(Електрохімічне товариство, Пеннінгтон, 2002) с.280Google Scholar
13.27ГАРозгоні: В:Напівпровідниковий кремній(Електрохімічне товариство, Пеннінгтон, 2002) с.149Google Scholar
13.28HP Utech, MC Flemings: J. Appl. Фіз.37, 2021 (1966)Перехресні посиланняGoogle Scholar
13.29HA Чеджей, Д.Т. Хартл: Природа210, 933 (1966)Перехресні посиланняGoogle Scholar
13.30K.Hoshi, T.Suzuki, Y.Okubo, N.Isawa: Ext. Абстракція Електрохім. Соц. 157-та зустріч. (Електрохімічне товариство, Пеннінгтон, 1980) с.811Google Scholar
13.31 М. Охва, Т. Хігучі, Е. Тодзі, М. Ватанабе, К. Хомма, С. Такасу: В:Напівпровідниковий кремній(Електрохімічне товариство, Пеннінгтон, 1986) с.117Google Scholar
13.32 М. Футаґамі, К. Хоші, Н. Ісава, Т. Сузукі, Ю. Окубо, Ю. Като, Ю. Окамото: В:Напівпровідниковий кремній(Електрохімічне товариство, Пеннінгтон, 1986) с.939Google Scholar
13.33Т.Сузукі, Н.Ісава, К.Хоші, Ю.Като, Ю.Окубо: В:Напівпровідниковий кремній(Електрохімічне товариство, Пеннінгтон, 1986) с.142Google Scholar
13,34 Вт. Цуленер: В:Напівпровідниковий кремній(Електрохімічне товариство, Пеннінгтон, 1990) с.30Google Scholar
13.35 Y.Arai, M.Kida, N.Ono, K.Abe, N.Machida, H.Futuya, K.Sahira: In:Напівпровідниковий кремній(Електрохімічне товариство, Пеннінгтон, 1994) с.180Google Scholar
13,36F. Шимура: В:НДІ Наука і техніка(Електрохімічне товариство, Пеннінгтон, 1982) с. 17Google Scholar
13.37С.Чандрасехар, КМКім: В:Напівпровідниковий кремній(Електрохімічне товариство, Пеннінгтон, 1998) с.411Google Scholar
13,38 тис. Хошікава, X. Хуанг, Т. Тайші, Т. Каджигая, Т. Ійно: Jpn. J. Appl. Фіз.38, L1369 (1999)Перехресні посиланняGoogle Scholar
13.39 км Кім, П. Сметана: Дж. Крист. Зростання100, 527 (1989)Перехресні посиланняGoogle Scholar

13.1Огляд

13.2Вихідні матеріали

13.2.1Металургійний кремній

13.2.2Полікристалічний кремній

Проміжні хімічні сполуки

Гідрохлорування кремнію

Дистиляція та розкладання трихлорсилану

Моносилановий процес

Гранульоване осадження полікремнію

13.3Монокристалічне зростання

13.3.1Метод плаваючої зони

Загальні зауваження

Контур процесу

Допінг

Властивості кристалів кремнію FZ

13.3.2Метод Чохральського

Загальні зауваження

Контур процесу

Вплив просторового розташування inaGrownCrystal

13.3.3Домішки кремнію Чохральського

Домішка Неоднорідність

Сегрегація

Смугасті

Допінг

Кисень і вуглець

13.4Нові методи зростання кристалів

13.4.1Зростання Чохральського із застосуванням магнітного поля (MCZ)

13.4.2Безперервний метод Чохральського (CCZ)

13.4.3Метод нерозвиненого росту

Список літератури

Суміжних галузей

Послати повідомлення