Выращивания кристалла

4.7. Тепловой узел уста-«овки для бестигельной зонной плавки кремния с высокочастотным (а) и ре-зистивным (б) устройствами для подогрева выращиваемого монокристалла:

Тепловые условия в данном методе примерно такие, же, как и в методе бестигельной зонной плавки с индуктором, диаметр которого меньше диаметра проплавляемого стержня. Это приводит к искривлению поверхности фронта кристаллизации (см. 4.5, г). Для того чтобы спрямить фронт кристаллизации, ось пьедестала смещают относительно оси выращиваемого монокристалла примерно на 0,7 диаметра пьедестала.

Поэтому улучшение дислокационной структуры монокристаллов арсенида галлия, выращиваемых методом горизонтальной направленной кристаллизации, достигается спрямлением фронта кристаллизации и уменьшением осевых градиентов температуры, понижающих уровень термоупругих напряжений. С этой же целью необходимо плавное разращивание монокристалла от затравки, что достигается применением затравок, сечение которых близко к сечению выращиваемого монокристалла. Плотность дислокаций в затравке может быть значительной, однако в них должны отсутствовать малоугловые границы. Для исключения под-липов необходимо применять контейнеры из материала, не смачиваемого кристаллизуемым расплавом.

Внутренние размеры подставки определяются наружными размерами плотно входящего в нее кварцевого тигля. В свою очередь они зависят от диаметра выращиваемого монокристалла. Оптимальным соотношением диаметра тигля D и монокристалла d является /3/а(»2,0н-3,0. Оптимальным соотношением высоты расплава в тигле Н и диаметра тигля D является Я/0~0,5-МД

При рабочем ходе оба штока движутся одновременно в одном направлении и с одной скоростью. Заготовка перемещается относительно неподвижного высокочастотного индуктора. Для управления формой расплава в зоне ее растягивают или поджимают путем перемещения верхнего штока относительно нижнего ( 4.55, б). Штоки могут также смещаться в поперечном направлении один относительно другого на величину f (см. 4.7), равную 0,1—0,3 диаметра выращиваемого монокристалла. Это позволяет повысить однородность теплового поля по площади фронта кристаллизации, более равномерно распределить примесь по поперечному сечению монокристалла и уменьшить вероятность возникновения малоугловых границ.

Метод горизонтальной направленной кристаллизации (ГНК) нашел в производстве полупроводников применение только для получения монокристаллов арсенида галлия методом синтеза, совмещенным с выращиванием монокристалла. Процесс ГНК проводят в вакуумированной и запаянной кварцевой ампуле (см., например, 4.34, позиция 3). В отличие от метода Чохральского метод ГНК не требует применения специальных устройств для стабилизации геометрических размеров выращиваемого монокристалла. Поэтому установки для получения монокристаллов арсенида галлия методом ГНК просты по своей конструкции, компактны и несложны в эксплуатации. Современные установки ГНК дают возможность выращивать монокристаллы массой до 8 кг в лодочках полукруглого сечения площадью до 60 см2.

На 118 [24] показаны тепловые потоки в кристалле и расплаве для начальной и конечной стадий процесса выращивания в случае, когда скорость вращения тигля равна нулю, а скорость кристалла близка к такому значению. На начальной стадии выращивания тигель размещается глубоко в нагревателе и тепло передается расплаву через боковую поверхность тигля. В процессе выращивания тигель медленно поднимается относительно нагревателя и теплового экрана, в результате чего поверхность частей тигля, излучающих тепло, над расплавом и тепловым экраном увеличивается, а поверхность элементов, поглощающих тепло, сокращается. По мере поднятия тигля тепло к расплаву все в большей степени подается через донную часть, поэтому для сохранения диаметра выращиваемого монокристалла близким к постоянному нужно уменьшать скорость выращивания, а мощность нагрева увеличивать в течение процесса для компенсации потерь энергии на излучение.

Измерение, контроль, автоматическое регулирования температуры и напряжения на нагревателе, диаметра выращиваемого монокристалла осуществляются комплексом управления технологическим процессом выращивания кристаллов типа КМ 3111. Комплекс обеспечивает выращивание монокристаллов в автоматическом режиме.

Тепловой узел включает в себя подставку для тигля, нагреватель, систему экранов. Конструкция теплового узла практически во многом определяет особенности кристаллизации, макро- и микроструктуру выращиваемого монокристалла, распределение в нем легирующих примесей. Тепловой узел как технологическая система содержит взаимозависимые элементы, т.е. варьируя конструкцию нескольких элементов,, можно получать практически идентичные условия выращивания монокристаллов.

Например, коррекция диаметра выращиваемого монокристалла за счет изменения скорости вытягивания на ± 0,3 мм/мин от заданного значения приводит к возрастанию на 2-10 % микронеоднородности УЭС по оси кристалла, легированного фосфором [184].

140. Устройство для поддержки выращиваемого монокристалла:

По технологии изготовления различают сплавные транзисторы, электронно-дырочные переходы которых изготовляют путем вплавления (как у сплавных диодов), диффузионные транзисторы, у которых электронно-дырочные переходы получают путем диффузии в вакууме (аналогично диффузионным диодам), выращенные транзисторы, у которых электронно-дырочные переходы получают путем введения примесей в процессе выращивания кристалла, мезатранзис-торы и планарные транзисторы.

Величину N0 выражают относительно концентрации неконтролируемой примеси, появляющейся в расплаве полупроводника в результате воздействия на него и исходную загрузку, из которой он образовался, внешней среды. Эту концентрацию принимают равной единице. Например, если концентрация неконтролируемой примеси в первичном поликристаллическом полупроводнике составляет 1-10~5%. (по массе), а после его обработки на подготовительных операциях (компоновка) и в процессе выращивания кристалла она стала равной 2-10~5 % (по массе), то N0 = = 1-Ю-5/(2-Ю-5) =0,5.

Масса примеси в расплаве в начале процесса выращивания кристалла при q = 0 равна:

Для расчета программы выращивания кристалла на графике скоростной зависимости k (см 4.18), задаваясь допустимыми с технологических позиций значениями скоростей роста кристалла и его вращения, которым соответствуют определенные значения эффективного коэффициента распределения, выделяют область программирования / — 2 — 3 — 4. В ее пределах можно выбирать любые варианты программ. Рассмотрим три основных варианта программ.

а — совместное изменение скоростей роста и вращения; б, в — последовательное изменение скоростей роста и вращения соответственно; /, ;? — программы для кристаллов диаметром di и d2 (d,
При совместном программировании, т. е. одновременном изменении скоростей роста и вращения однородно легированного по длине кристалла, рабочая программа будет представлять один график, на ординате которого, задаваясь различными значениями скорости роста, строят в логарифмическом масштабе шкалу f/fmm- На абсциссе графика в равномерном масштабе откладывают продолжительность процесса выращивания кристалла, рассчитываемую по уравнению, выведенному при допущении, что в практически используемом, достаточно узком диапазоне изменения скоростей кристаллизации скоростная зависимость эффективного коэффициента распределения (для со = const) может быть с достаточной точностью описана линейным приближением

Однако увеличивать диаметр тигля следует с осторожностью. Вследствие неравномерного распределения источников тепла по радиусу садки и значительных лучистых потерь с открытой поверхности расплава в верхней центральной части садки появляется область пониженных температур. На поверхности расплава начинается спонтанная кристаллизация, которая исключает возможность выращивания кристалла на затравку.

На практике, после того как условия процесса плавки и выращивания кристалла определены экспериментально, малые отклонения в режиме могут быть компенсированы стабилизацией постоянной составляющей анодного тока. При этом

Масочное ПЗУ (ROM - от Read Only Memory) - ПЗУ, информация в которые записывается с фотошаблона в процессе выращивания кристалла. Например, БИС ПЗУ 555РЕ4 емкостью 2 Кбайта представляет собою

Из уравнения (22) можно получить максимальную скорость выращивания кристалла при отсутствии градиента температуры в расплаве:

На характере конвективных потоков в расплаве весьма сказывается геометрия полости подставки, в соответствии с которой приобретает форму тигель, а также толщина стенок и дна подставки. Хорошие результаты получают при использовании подставок со сферическим дном ( 125). Они обеспечивают постоянное отношение поверхности расплава к его высоте, равномерное перемешивание расплава по всему объему конвективными потоками и, как следствие, меньшие осевые градиенты температуры в расплаве. Недостатком подставки сферической формы является постоянное уменьшение диаметра расплава по мере выращивания кристалла заданного диаметра, что приводит к необходимости уменьшать скорость выращивания к концу процесса. В ряде случаев она уменьшается в 3,5-4 раза по сравнению с начальной. Уменьшение скорости по мере выращивания кристалла связано с необходимостью предотвращения парази№ой кристаллизации от стенок тигля. Кроме того, при сферической форме тигля получение монокристаллов постоянного диаметра даже при использовании системы автоматического поддержания диаметра практически невозможно из-за отсутствия жесткой фиксации уровня расплава.