СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ КРЕМНИЯ Российский патент 2001 года по МПК C30B15/00 C30B15/20 C30B29/06 

Описание патента на изобретение RU2177513C1

Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых материалов для электронной техники, в частности кремния, получаемого для этих целей методом Чохральского.

Современные исследования в области кристаллографии показывают, что отсутствие в бездислокационных монокристаллах таких эффективных стоков для различных точечных дефектов, какими являются дислокации, приводит в монокристаллах кремния к возникновению специфических дефектов структуры. Из-за своего размера они получили наименование микродефектов. Нарушая структуру монокристалла, они создают в кристаллической решетке упругие напряжения и влияют на электропроводность кремния. Некоторые виды микродефектов вызывают коррозию металлических слоев, входящих в приборные структуры, что вызывает деградацию их рабочих характеристик. Поэтому проблема снижения числа микродефектов в кристаллах, идущих на нужды микроэлектроники, является весьма актуальной.

Известен способ получения монокристаллов кремния методом Чохральского с использованием тепловых экранов и регулированием скоростей вращения растущего кристалла и тигля с расплавом (см. описание к заявке Японии P N 4059691, С 30 В 15/20, 1992 /1/).

Известный способ направлен на управление концентрацией кислорода в растущем кристалле. Недостатком известного способа является то, что он не обеспечивает снижения количества микродефектов в выращенных кристаллах.

Известен способ получения монокристаллов кремния методом Чохральского, включающий регулирование скорости вращения кварцевого тигля в пределах 0,5 - 50 об/мин (см. описание к заявке Японии PN 03137090, С 30 В 15/20, 1991 /2/). Известный способ направлен на обеспечение равномерного распределения кислорода как по длине растущего кристалла, так и по его поперечному сечению. Недостатком известного способа является то, что он не обеспечивает снижения количества микродефектов в кристаллах.

Наиболее близким к заявляемому по своей технической сущности является известный способ выращивания монокристаллов кремния методом Чохральского с вращением кристалла 0,2 - 1,05 об/мин и вращением тигля с расплавом 0,1 - 0,6 об/мин (см. описание к заявке Японии P N 05155682, С 30 В 15/00, 1993 /3/). Известный способ обеспечивает снижение концентрации кислорода в выращенных кристаллах до 2-6•1017 атом/см3 при использовании тиглей размером около 16 дюймов.

Недостатком известного способа является то, что он не обеспечивает снижения количества микродефектов в выращенных кристаллах.

Заявляемый в качестве изобретения способ выращивания монокристаллов кремния направлен на обеспечение снижения количества микродефектов в выращенных кристаллах.

Указанный результат достигается тем, что способ выращивания монокристаллов кремния осуществляют методом Чохральского с вращением тигля 0,2 - 2,0 об/мин и с вращением кристалла ему навстречу со скоростью 0,2 - 20 об/мин и со стрелой прогиба фронта кристаллизации в сторону затравки не более 0,2.

Экспериментально было установлено, что если осуществлять рост монокристаллов кремния методом Чохральского при указанных выше параметрах, то количество микродефектов в выращенных кристаллах снижалось на несколько порядков. При этом указанный результат достигается только при скоростях вращения тигля (расплава) 0,2-2,0 об/мин и вращении кристалла ему навстречу со скоростью 0,2-20 об/мин. Идеальным случаем реализации способа является вариант с прогибом фронта кристаллизации, равным нулю, т.е. абсолютно плоский фронт. Однако идеальный случай труднодостижим, поэтому исследовались возможные отклонения формы фронта кристаллизации от плоской в обе стороны. В результате было установлено, что при указанном диапазоне скоростей вращения кристалла и расплава заметное снижение числа микродефектов достигается при стреле прогиба фронта кристаллизации в сторону затравки не более 0,2. (Под стрелой прогиба фронта кристаллизации понимается отношение h/d, где h - расстояние от мнимого идеально плоского фронта кристаллизации до верхней точки реального, вогнутого внутрь кристалла (см. чертеж), a d - диаметр растущего кристалла). Если же приведенное выше значение прогиба фронта кристаллизации достигается при иных скоростях вращения, чем оговоренные (0,2-2,0 об/мин и 0,2-20 об/мин), то заметного снижения числа микродефектов не наблюдается.

Сущность заявляемого способа поясняется примерами его реализации и чертежом, на котором схематично представлен продольный разрез растущего кристалла.

На чертеже обозначены: 1 - растущий кристалл; 2 - тигель; 3 - расплав; d - диаметр кристалла; h - расстояние от идеального плоского фронта кристаллизации до верхней точки вогнутого внутрь кристалла.

Пример 1. В общем случае способ реализуется следующим образом. Подготавливается необходимое оборудование для выращивания монокристаллов методом Чохральского, которое выбирается из числа известного (см.Технология полупроводникового кремния. Ред. Э.С. Фалькевич. М.: Металлургия, 1992, с.254-299 /4/). В кварцевый тигель загружают исходный материал (шихту), который выбирают исходя из того, какой марки кристалл кремния требуется вырастить.

Далее процесс идет по стандартной процедуре, предусмотренной методом Чохральского: шихту расплавляют, расплав некоторое время выдерживают при температуре на 20-30o выше температуры плавления, ориентированную по оси <100> или <111> затравку вводят в соприкосновение с расплавом, выдерживают некоторое время при включенном вращении затравки и тигля, а затем начинают вытягивание из расплава.

Для достижения заявленного результата выбирают скорости вращения затравки (растущего кристалла) и тигля (расплава) в оговоренных пределах. Для обеспечения стрелы прогиба фронта кристаллизации в заданных пределах предварительно экспериментально подбирают соответствующие технологические параметры: температура в области фронта кристаллизации, осевой и радиальный градиенты температур, скорость вытягивания. Для проверки правильности подборки параметров проводят пробный рост кристалла до вывода его на заданный диаметр, формируют некоторый участок цилиндрической формы (длиной 30-50 мм), а затем резко отрывают кристалл от расплава и после охлаждения исследуют по нему форму фронта кристаллизации и величину стрелы прогиба. Если установленная величина стрелы прогиба не соответствует заданному значению, то изменяют технологические параметры и пробное выращивание повторяют до тех пор, пока не будут подобраны такие параметры, которые обеспечат величину стрелы прогиба не более 0,2.

После этого приступают к выращиванию монокристаллов для промышленного использования.

Пример 2. Способ реализовывался как описано в примере 1, после подбора технологических параметров, обеспечивающих величину стрелы прогиба фронта кристаллизации h/d = 0,1. Выращивались кристаллы марки КЭФ-4,5 диаметром 150 мм. Скорости вращения тигля и затравки изменялись от опыта к опыту. Полученные кристаллы исследовались на наличие в них микродефектов. Для этого применялись известные методы, такие как рентгенотопографический метод Ланга или метод селективного травления (см. /4/, с.119-121). Результаты для удобства приведены в таблице 1.

Пример 3. Способ реализовывался как описано в примере 2, но со стрелой прогиба h/d = 0,25. Результаты представлены в таблице 2.

Пример 4. Способ реализовывался как описано в примере 1 для получения монокристаллов марки КДБ-10 диаметром 150 мм. В результате подбора технологических параметров стрела прогиба составляла h/d = 0,05. Тигель и затравку вращали, изменяя скорость вращения от опыта к опыту. Результаты представлены в таблице 3.

Таким образом, выращивание монокристаллов кремния методом Чохральского при соблюдении условий, оговоренных в формуле изобретения, позволяет существенно сократить количество микродефектов в полученных бездислокационных кристаллах.

Похожие патенты RU2177513C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО КРЕМНИЯ 1995
  • Ремизов О.А.
  • Караваев Н.М.
RU2057211C1
СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ КРЕМНИЯ 1995
  • Сальник З.А.
  • Микляев Ю.А.
RU2076909C1
СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ КРЕМНИЯ 1995
  • Сальник З.А.
  • Микляев Ю.А.
RU2077615C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ КРЕМНИЯ МЕТОДОМ ЧОХРАЛЬСКОГО 2007
  • Простомолотов Анатолий Иванович
  • Верезуб Наталия Анатольевна
  • Жвирблянский Вилен Юльевич
  • Мильвидский Михаил Григорьевич
RU2355834C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ КРЕМНИЯ 1992
  • Сальник З.А.
  • Микляев Ю.А.
RU2042749C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ КРЕМНИЯ МЕТОДОМ ЧОХРАЛЬСКОГО 2008
  • Простомолотов Анатолий Иванович
  • Верезуб Наталия Анатольевна
  • Жвирблянский Вилен Юльевич
  • Мильвидский Михаил Григорьевич
RU2382121C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КРИСТАЛЛОВ КРЕМНИЯ 2011
  • Соколов Евгений Борисович
  • Яремчук Александр Федотович
  • Прокофьева Виолетта Константиновна
  • Рыгалин Борис Николаевич
RU2473719C1
СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ ПАРАТЕЛЛУРИТА ИЗ РАСПЛАВА ПО ЧОХРАЛЬСКОМУ 2007
  • Колесников Александр Игоревич
  • Смирнов Юрий Мстиславович
  • Каплунов Иван Александрович
RU2338816C1
Способ выращивания монокристаллов германия или кремния и устройство для его реализации 2022
  • Гоник Михаил Александрович
RU2791643C1
СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ 2003
  • Смирнов Ю.М.
  • Колесников А.И.
  • Каплунов И.А.
RU2241792C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 177 513 C1

Реферат патента 2001 года СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ КРЕМНИЯ

Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых материалов для электронной техники, в частности кремния, получаемого для этих целей методом Чохральского. Сущность изобретения: способ выращивания монокристаллов кремния осуществляют методом Чохральского с вращением тигля 0,2-2,0 об/мин и с вращением кристалла ему навстречу со скоростью 0,2-20 об/мин, и со стрелой прогиба фронта кристаллизации в сторону затравки не более 0,2. Изобретение направлено на обеспечение снижения количества микродефектов в выращенных кристаллах. 1 ил., 3 табл.

Формула изобретения RU 2 177 513 C1

Способ выращивания монокристаллов кремния методом Чохральского с вращением тигля 0,2-2,0 об/мин и с вращением кристалла ему навстречу со скоростью 0,2-20 об/мин и со стрелой прогиба фронта кристаллизации в сторону затравки не более 0,2.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2001 года RU2177513C1

JP 05155682 A, 22.06.1993
СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ КРЕМНИЯ 1995
  • Сальник З.А.
  • Микляев Ю.А.
RU2077615C1
JP 54150377 A, 26.11.1979
ДАВЫДЧЕНКО А.Г
и др
Изменение формы границы кристалл-расплав в процессе выращивания кристаллов методом Чохральского
Приспособление для точного наложения листов бумаги при снятии оттисков 1922
  • Асафов Н.И.
SU6A1
- Москва, 1980, Расширенные тезисы, т
Аппарат для очищения воды при помощи химических реактивов 1917
  • Гордон И.Д.
SU2A1
- М., 1980, 221-222
KURODA EKYO et al
The effect of temperature oscillation at the growth interface on crystal perfection
"J
Cryst
Grow th", 1984, 68, № 2, 613-623
KURODA EKYO et al
Jnfluence of growth conditions on melt interface temperature oscillations in silicon Crochralski growth
"J
Cryst
Growth", 1983, 63, № 2, 276-784.

RU 2 177 513 C1

Авторы

Пульнер Э.О.

Илиопуло Т.Э.

Даты

2001-12-27Публикация

2000-09-20Подача