Способ выращивания кристаллов кремния Советский патент 1986 года по МПК C30B15/00 C30B29/06 

Изобретение относится к способам кристаллизации полупроводников, в частности кремния.

Цель изобретения - обеспечение в кристалле диаметром более 70 мм кон- центрации кислорода (3,0-7,5)

На фиг. 1 схематично изображено устройство для осуществления способа выращивания кристаллов кремнияJ на фиг. 2 - график температуры расплава в тигле на расстоянии 3 см от его стенки на фиг. 3 - график зависимости концентрации кислорода в кристалле от относительной скорости вра щеНИя тигля и кристаллаJ на фиг. 4 - график концентрации кислорода в сечении кристалла кремния, вытянутого в направлении tOO с приложением магнитного поля и без него} на фиг. 5 - график зависимости концентрации кислорода в кристалле от Напряженности магнитного поля, приложенного к расплаву; на фиг. 6 - гра фик распределения концентрации кисло рода в кристалле в продольном направ ленни; на фиг. 7 - график зависимости времени цикла нагрева штастинЬ кремния от ее деформации} на фиг. 8 график распределения удельного со противления кристалла с примесью фос $iopa измеренного в направлении его радиуса; на фиг. 9 - график распределения удельного сопротивления кристалла с примесью бора, измерен- ного в продольном нaпpa лeнии.

Устройство для ос-ущестБления предлагаемого способа содержит тИ - гель 1 для расплава кремния 2, вы- полненный из электрического изолятора, например кварца. Снаружи тигля установлен нагреватель 3. Монокристалл кремния 4 вытягивают, применяя затравку. Стержень с затравкой 5 находится в корпусе 6 из нержавеющей стали, внутри которого циркулирует арнон. Корпус 6 из нержавеющей стали установлен между парой средств для образования магнитного поля, например между электромагнитами 7j обращенньми друг к другу. Ма.гнитное поле образуется поперечно тиглю }. Расстояние между полюсами электромагнитов 7 по горизонтали 35 см. Нагревателем 3 является резистор зигзагообразной конфигурации, который питается постоянным током с легкой пульсацией (меньше чем 4%)

0 5 о ,

Через 2-3 мин после приложения к расплаву 2 магнитного поля .в 4000 Гс от электромагнитов 7 температура расплава, которая до этого колебалась, становится устойчивой, а поверхность расплава, крторая прежде была волнистой или с рябью, становится гладкой. Без применения магнитного поля колебания температуры составляют , а с применением - 0,1-0,2 С. Боковая поверхность слитка кристалла, выращенного с приложением магнитного поля, - гладкая, поскольку рябь на поверхности расплава и колебания температуры незначительны.

Если сравнить сечения кристаллов, выращенных без вращения, то в сечении кристаллов, полученных без применения магнитного лоля, ясно видны полосы из-за различной концентрации примесей,вызванной различиями в ско- рости Выращивания из-за колебаний температуры, однако такие полосы не наблюдаются в сечении кристалла, выращенного с применением магнитного

поля .,; ,.

в Данном случае тигель 1 и затравка 5 не вращаются или вращаются сравнительно медленно со скоростью О,1-0,2 об./мин.

График на фиг. 3 показывает связь между относительной скоростью вращения тигля 2 и затравки 5 и концентрацией кислорода в кристалле: лома - нал линия А указывает на отсутствие магиитного поля, а сплошная линия В - на применение магнитного поля величиной 4000 Tci

Для выращивания кристаллов полностью круглого сечения без вращения нагреватель 3 разделен, например, на восемь элементов, которые расположены по кругу снаружи тигля 1, при этом температура каждого нагревательного элемента.контролируется независимо.

График на фиг. 4 сравнивает концентрации кислорода в кристалле кремния, выращенного в направлении во время перехода, при котором прилагали магнитное поле (левая часть), а затем его удаляли.

График На фиг. 5 показьтает связь мевду напряженностью магнитного поля, приложенного к расплаву, и концентрацией кислорода в кристалле диаметром 76 мм при вращении заправки со скоростью 20 об/мин и скорое

ти вытягивания 1 мм/мин. В этом случае при приложении магнитного поля напряженностью примерно 1500 Гс тепловой конвекционньй поток в расплаве исчезает. При приложении боль- ших магнитных полей концентрация кислорода незначительно изменяется. Однако для устранения ряби на поверхности расплава из-за внешней механической виёрации можно применять маг- нитное поле напряженностью свыше 1500 Гс.

График на фиг. 6 показывает распределение .концентрации кислорода в кристалле в продольном направлении Белые точки указывают на концентрацию кислорода в кристалле, выращенном без приложения магнитного поля к расплаву, а черные точки - с приложением магнитного поля. Предпочтительный предел концентрации кислорода в кристалле {3-7,5}../смЗ для предупреждения осаждения кислорода в кристалле и зависиости к тепловым узорам.

График на фиг. 7 показывает связь между количеством циклов нагрева кремниевой пластины и ее деформацией после термообработки пластины диаметром 52 мм и толщиной 380 мк при в течение 100 ч с последующим резким охлаждением от 1100 С до комнатной температуры. Кривая А показывает кристалл, выращенный по методу Чохральского без приложения магнитного ноля и при концентрации кислоро да З Ю ат. кривая В - кристалл, выращенный флотационным способом без применения магнитного поля (концентрация кислорода в этом крис-

1258329

20

s Ю

15

25

30

5

талле 1 . ,/см ) J кривая С - кристалл, выращенный по методу Чохральс кого с приложением магнитного поля (концентрация кислорода в этом кристалле 5«10 ат./см). Концентрация кислорода выше этого предела вызывает осаждение кислорода в пластине, а концентрация кислорода ниже соответствующего предела не препятствует распространению дислокаций, которые могут способствовать деформации пластины.

График на фиг. 8 показывает распределение удельного сопротивления кристалла кремния с добавкой фосфора в радиальном направлении. Черные точки в верхней части графика показывают удельное сопротивление кристалла, выращенного без приложения магнитного поля, а белые точки в нижней части графика - с приложением магнитного поля. Отклонения в распределении удельного со1фотивления в последнем меньше, чем в первом кристалле.

на фиг. 9 показъшает распределение удельного сопротивления в продольном направлении кристалла, имеющего добавку бора, который термо- обрабатывали при 45о с в течение 100 ч для образования доноров. Крит- вая D представляет кристалл, В1фа- щенный без приложения магнитного поля и концентрация кислорода в котором равна 1,110 ат., кривая Е относится к кристаллу, выращенному с применением магнитного поля и имеющему концентрацию кислорода А Ю ат./см .

Spfftg, Mutt.

30 во Ceapftmti gf vnftmai,em.A

1

jiifUMV.fflf

l

л

4

Фае. A

;.j ,.f.,,......,. t .i .. Y... j ..

rootf tern звво «евв

taвнttl м9f nafit,tt ЧМ&1

к

s

s.

MOI.

г 34 5 ййо iioifxoS tfirffie&i .7

...

..............%..;....«..« . ...

° e% °°« VVV%«« V V s « « «

О

-4ff -30 -го -10

...

...

го

30

(fff)

Ю

Фие.В

woo

I

.

100

11вя1а911 91э11г11вяав(зав19|||1ааяав81б1181 9191а(| в1|ввсаё|:||19е«з в«( iMaagiiesieeassBat8JB9iiB3aiiiiia9BiiiS9iRiai iEicigtitiitsiiBisiit«Biiii9 iit i8l

I

ол

и f

VURiaflEieSCWBO

Составитель в.Безбородрва Редактор А.Лежнина Техред М.Ходанич Корректор Т.Ксмтб

5043/60

Тираж 349 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул,Проектная, 4

Л, лм

Фие.9