СПОСОБ ТЕРМООБРАБОТКИ СИЛЬНОЛЕГИРОВАННЫХ МОНОКРИСТАЛЛОВ КРЕМНИЯ Российский патент 1997 года по МПК C30B33/02 C30B29/06 

Описание патента на изобретение RU2094549C1

Изобретение относится к металлургии, а именно к технологии полупроводниковых материалов. Преимущественно изобретение может быть использовано для получения однородных сильнолегированных монокристаллов кремния с воспроизводимыми электрофизическими характеристиками. Оно может найти применение для монокристаллов кремния, сильнолегированных фосфором, бором и другими элементами.

Известен способ получения сильнолегированных монокристаллов кремния, включающий термообработку с нагревом до температуры (1370 1470)K со скоростью 1000 град/ч, выдержкой при этой температуре в течение 10 ч и охлаждением (Шиманский А.Ф. и др. Влияние термообработки на структурное совершенство сильнолегированных монокристаллов кремния. Неорганические материалы, т. 29, N 1, с. 18-20). Этот способ позволяет уменьшить разницу значений концентраций примесей с 10 до 4% Однако недостатком такого способа является длительность процесса и относительно высокая остаточная неоднородность распределения примесей.

Основная задача изобретения заключается в повышении однородности сильнолегированных монокристаллов кремния. Другой задачей является сокращение времени термообработки.

Для достижения поставленной задачи заявляемый способ получения сильнолегированных монокристаллов кремния содержит следующую совокупность существенных признаков. Сильнолегированные монокристаллы кремния нагревают до температуры (1470±50)K, затем охлаждают до (770±50)K, далее повторяют циклы нагрева и охлаждения многократно. Наиболее целесообразно проводить термообработку до 4 5 раз. Скорость нагрева и охлаждения при термоциклировании составляет около 1500 град/ч. Окончательное охлаждение производят с верхней температуры.

Существенное отличие заявляемого способа от известных технических решений подтверждается тем, что в предложенном объекте используется новый существенный признак, которым является многократные нагрев и охлаждение, т.е. термоциклирование. При этом новый признак обеспечивает снижение разницы значений концентраций практически вдвое по сравнению с прототипом.

Эффект повышения однородности примесей в монокристаллах кремния наблюдается после 4 5 кратного нагрева до температуры (1470±50)K и охлаждения до (770±50)K.

Использование верхней температуры нагрева свыше (1470±50)K вызывает ухудшение качества кристаллов, что связано с возрастанием концентрации дефектов кристаллического строения вблизи точки плавления.

Применение нижней температуры менее (770±50)K, как показали исследования, нецелесообразно, т.к. монокристалл не оказывается более однородным по концентрации примеси.

Скорость нагрева и охлаждения ограничивалась инерционностью системы.

Число циклов нагрева-охлаждения менее четырех не дает требуемых результатов. Увеличение количества циклов свыше пяти нецелесообразно, т.к. не вызывает заметного повышения однородности монокристалла.

Предлагаемый способ повышения однородности опробован на монокристаллах кремния, легированных фосфором до значения удельного сопротивления приблизительно 0,005 Ом.см, что отвечает содержанию фосфора около 1020 см-3.

Монокристаллы кремния выращены из расплава по методу Чохральского в кристаллографическом направлении. Выращивание производили на установке "Редмет-15" из тигля диаметром 232 мм со скоростью 1,5 2,0 мм/мин. Скорость вращения затравки составляла 10 15 об/мин, тигля 3 4 об/мин. Размеры слитков составляли: диаметр 65 мм, длина до 700 мм.

Для экспериментов использовали образцы с размерами 10х10х30 мм3, вырезанные из исследуемых монокристаллов. Отжиг проводили в печи установки для выращивания монокристаллов "Редмет-15".

Микроренгеноспектральный анализ распределения примесей производили на растровом электронном микроскопе-микроанализаторе РЭМ-100У с локальностью 1 мкм3. Съемку осуществляли в режиме накопления импульсов, время счета составляло 30 мин. Измерения вели на расстоянии 15 мкм с шагом 2,5 мкм, в каждой точке производили по 5 замеров.

В таблице приведен предлагаемый способ получения сильнолегированных монокристаллов кремния в сравнении с выбранным прототипом и исходным состоянием.

Примеры конкретного выполнения термообработки.

Пример 1. Образец монокристалла кремния, сильнолегированного фосфором, размером 10х10х30 мм3 нагревали до температуры (1470±50)K, выдерживали 10 ч и охлаждали. Максимальная разница значений Сpp после термообработки составляет прибл. 4,5% а в исходном образце прибл. 10%
Пример 2. Образец монокристалла кремния, сильнолегированного фосфором, размером 10х10х30 мм3 нагревали до температуры (1470±50)K со скоростью 1500 град/ч, затем охлаждали до (770±50)K с той же скоростью, далее повторяли циклы нагрева и охлаждения до 4 раз. Окончательное охлаждение производили с верхней температуры. Максимальная разница значений Сpp составляет прибл. 2,1% что примерно вдвое меньше по сравнению с прототипом. Длительность процесса также меньше приблизительно в два раза.

Из таблицы следует, что предлагаемый способ получения сильнолегированных монокристаллов кремния обеспечивает необходимую однородность распределения примесей и сокращает время термообработки.

Похожие патенты RU2094549C1

название год авторы номер документа
Способ выращивания монокристаллов со структурой силленита 1989
  • Гаврилов Виктор Александрович
  • Аккуратова Нина Георгиевна
  • Цыганова Светлана Ивановна
  • Тихонов Геннадий Флегонтович
SU1705424A1
СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ИРИДИЯ ИЗ МАТЕРИАЛА, СОДЕРЖАЩЕГО МЕТАЛЛЫ ПЛАТИНОВОЙ ГРУППЫ 1993
  • Сидоренко Ю.А.
  • Ильяшевич В.Д.
RU2062804C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДИХЛОРИДА ПАЛЛАДИЯ ИЗ СОЛЯНОКИСЛОГО РАСТВОРА ПАЛЛАДИЯ 1993
  • Филиппов А.А.
  • Насонова В.А.
RU2057073C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОДНОРОДНО ЛЕГИРОВАННЫХ МОНОКРИСТАЛЛОВ КРЕМНИЯ 1993
  • Сальник З.А.
  • Микляев Ю.А.
  • Наумов А.В.
  • Сальник О.С.
  • Фомичев А.В.
  • Волков В.И.
RU2076155C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ХЛОРПАЛЛАДОЗАММИНА ИЗ ХЛОРИДНОГО РАСТВОРА ПЛАТИНОВЫХ МЕТАЛЛОВ, СОДЕРЖАЩЕГО ПРИМЕСИ НЕБЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ 1991
  • Филиппов А.А.
  • Зубарева Г.Н.
RU2038312C1
Способ термической обработки доэвтектоидной стали 1980
  • Биронт Виталий Семенович
  • Носовец Наталья Григорьевна
SU937524A1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ ФОСФИДА ИНДИЯ, ЛЕГИРОВАННОГО ОЛОВОМ 2006
  • Колин Николай Георгиевич
  • Меркурисов Денис Игоревич
  • Бойко Владимир Михайлович
RU2344510C2
СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ ЗОЛОТА ИЗ ХЛОРИДНОГО РАСТВОРА, СОДЕРЖАЩЕГО ПРИМЕСИ ПЛАТИНОВЫХ И НЕБЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ 1992
  • Филиппов А.А.
  • Зубарева Г.Н.
RU2009232C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ АНТИМОНИДА ИНДИЯ, ЛЕГИРОВАННОГО ОЛОВОМ 2006
  • Колин Николай Георгиевич
  • Меркурисов Денис Игоревич
  • Бойко Владимир Михайлович
RU2344209C2
Способ термоциклической обработки белого чугуна 1979
  • Биронт Виталий Семенович
SU863675A1

Иллюстрации к изобретению RU 2 094 549 C1

Реферат патента 1997 года СПОСОБ ТЕРМООБРАБОТКИ СИЛЬНОЛЕГИРОВАННЫХ МОНОКРИСТАЛЛОВ КРЕМНИЯ

Использование: способ относится к металлургии, а именно к технологии полупроводниковых материалов, преимущественно для получения однородных сильнолегированных монокристаллов кремния с воспроизводимыми электрофизическими характеристиками. Сущность изобретения: способ включает многократный нагрев до (1470±50)K и охлаждение до (770±50)K, которые проводят 4-5 раз. При этом обеспечивается снижение разницы значений концентраций вдвое по сравнению с прототипом и сокращение процесса термообработки. 1 табл.

Формула изобретения RU 2 094 549 C1

Способ термообработки сильнолегированных монокристаллов кремния, включающий нагрев монокристаллов до (1470 ± 50)К и их последующее охлаждение, отличающийся тем, что охлаждение осуществляют до (770 ± 50)К, причем нагрев и охлаждение проводят 4 5 раз.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1997 года RU2094549C1

Шиманский А.Ф
и др
Влияние термообработки на структурное совершенство сильнолегированных монокристаллов кремния
Неорганические материалы
Способ изготовления фанеры-переклейки 1921
  • Писарев С.Е.
SU1993A1
Солесос 1922
  • Макаров Ю.А.
SU29A1

RU 2 094 549 C1

Авторы

Шиманский А.Ф.

Краснова Е.В.

Каргин В.Ф.

Тупаев В.М.

Леонов В.В.

Даты

1997-10-27Публикация

1996-07-13Подача