Выращивание кристаллов методом Чохральского
Основы теории роста монокристалла
Большинство кремниевых кристаллов выращивается по методу Чохральского.
Идея метода получения кристаллов по Чохральскому заключается в росте монокристалла за счет перехода атомов из жидкой или газообразной фазы вещества в твердую фазу на их границе раздела (см. рис. 1). Применительно к кремнию этот процесс может быть охарактеризован как однокомпонентная ростовая система жидкость - твердое тело.
Скорость роста V определяется числом мест на поверхности растущего кристалла для присоединения атомов, поступающих из жидкой фазы, и особенностями переноса на границе раздела. Условия теплопереноса на границе раздела фаз с использованием макропараметров можно записать в виде уравнения:
L*dm/dt + kl*(dT/dx)1*A1 = ks*(dT/dx)2*A2, где
L - удельная теплота плавления кристалла,
dm/dt -скорость перехода вещества в новое состояние,
T - температура,
kl, ks - коэффициенты теплопроводности жидкости и кристалла,
( dT/dx)1, (dT/dx)2 - градиенты температуры в переходном слое и в твердом кремнии,
A1, A2 - коэффициенты, пропорциональные площади изотерм.
Максимальная скорость вытягивания кристалла Vмакс не превышает мгновенную скорость кристаллизации и при условии отсутствия изменения градиента температуры в переходном слое задается уравнением:
Vмакс=(ks/L*)*(dT/dx), где
- плотность кремния в твердом состоянии.
Поскольку скорость вытягивания V и диаметр пластины влияют на концентрацию дефектов и распределение примеси, то в технологическом процессе ее оптимизируют. Обычно скорость вытягивания кристаллического слитка кремния составляет величину порядка 1 мм/мин, т. к. при больших скоростях вытягивания происходит резкое уменьшение температуры кристалла, приводящее к конденсации в нем точечных дефектов, которые не успевают подвергнуться процессу закалки и образуют впоследствии дислокационные петли.
Оборудование для выращивания монокристаллического кремния
Установка состоит из следующих блоков (см. рис. 2):
печь, включающая в себя тигель (8), контейнер для поддержки тигля (14), нагреватель (15), источник питания (12), камеру высокотемпературной зоны (6) и изоляцию (3, 16);
Достарыңызбен бөлісу: |