Способ выращивания кристаллов кремния

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (3c9 (П1 (5р 4 С 30 В 15/00 29/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ !, -

«НЛВ

Н ПАТЕНТУ

Ю

Q3

Ср

Ю

C© (21) 2992247/23-26 .(22) 19.09.80 (31) 121339; 8576 (32) 20. 09, 79, 28. 01. 80 (33) л (46} 15.09.86. Бюл. Ф 34 (7 1) Сони Корпорейшн (ЛР) (72) Тосихико Сузуки, Нобуюки Исава, Ясунори Окубо и киндзи хоси ((Р) (53) 621. 315. 592 (088.8) (56) Шашков Ю.N., Шушлебина И,Я.

О влиянии электромагнитного перемешивания расплава на выращивание монокристаллов кремния - Физика и химия обработки материалов. 1972

1(1, с. 34-36. (54) (57} СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ КРИСТАПЛОВ КРЕМНИЯ из расплава в кварцевом тигле при его нагреве от нагревателя, питаемого электрическим током, и при воздействии на расплав магнитного поля, отличающийся тем, что, с целью обеспечения в кристаллах диаметром более 70 мм конценIT трации кислорода (3,0-7,5) ° 10 ат./см, процесс ведут при нагреве постоянным током с пульсацией менее четырех процентов и воздействии на расплав стационарного магнитного поля величиной более 1500 Гс.

Приоритет по приз какам:

20.09.79 признак, относящийся к величине пульсации постоянного тока.

28.01.80 признак, относящийся к величине магнитного поля.

Ф 12

Изобретение относится к способам кристаллизации полупроводников, в частности кремния.

Цель изобретения — обеспечение в кристалле диаметром более 70 мм кон т центрации кислорода (3,0-7,5) 10 ат/см

На фиг. 1 схематично изображено устройство для осуществления способа выращивания кристаллов кремния, 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 вращения тигля и кристалла, на фиг. 4 график концентрации кислорода в сечении кристалла кремния, вытянутого в направлении <100> с приложением магнитного поля и без него, на фиг. 5 — график зависимости концентрации кислорода в кристалле от напряженности магнитного поля, приложенного к расплаву; на риг. 6 — график распределения концентрации кислорода в кристалле в продольном направлении; на фиг, 7 — график зависимости времени цикла нагрева пластииЫ кремния от ее деформации, на фиг. S— график распределения удельного со-. противления кристалла с примесью фосфора, измеренного в направлении его радиуса, на фиг. 9 - график распределения удельного сопротивления кристалла с примесью бора, измеренного в продольном напра лении.

Устройство для осуществления предлагаемого способа содержит тигель 1 для расплава кремния 2, выполненный из электрического изолятора, например кварца. Снаружи тигля установлен нагреватель 3. Монокристалл кремния 4 вытягивают, применяя затравку. Стержень с затравкой 5 находится в корпусе б из нержавеющей стали, внутри которого циркулирует арион. Корпус 6 из нержавеющей стали установлен между парой средств для образования магнитного. поля, например между электромагнитами 7, обращенными друг к другу. Магнитное поле образуется поперечно тиглю

Расстояние между полюсами злектроi магнитов 7 по горизонтали 35 см.

Нагревателем 3 является резистор зигзагообразной конфигурации, который питается постоянным током с легкой пульсацией (меньше чем 47).

58329 1

l5

ЗО

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, которая прейде была волнистой или с рябью, становится гладкой. Беэ применения магнитного поля колебания температуры составляют 5-10 С, а с применео нием — О, 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 доля, 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 концеиграцией кислорода в кристалле: лома ная линия А указывает на отсутствие магнитного поля, а сплощная линия В.на применение магнитного поля величиной 4000 Гс;

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

График на фиг. 4 сравнивает концентрации кислорода в кристалле кремния, выращенного в направлении (100> во время перехода, при котором прилагали магнитное поле (левая часть), а затем его удаляли.

График на фиг. 5 показывает связь между напряженностью магнитного поля, приложенного к расплаву, и концентрацией кислорода в кристалле диаметром 76 мм при вращения загравки со скоростью 20 об/мин и скоросз 1258 ти вытягивания 1 мм/мин. В этом случае при приложении магнитного поля напряженностью примерно 1500 Гс тепловой конвекционный поток в расплаве исчезает. При приложении больших магнитных полей концентрация кислорода незначительно изменяется.

Однако для устранения ряби на поверхности расплава из-за внешней механической вибрации можно применять маг- 10 нитное поле напряженностью свыше

1500 Гс.

График на фиг. 6 показывает распределение.концентрации кислорода в кристалле в продольном направлении, 15

Белые точки указывают на концентрацию кислорода в кристалле, выращенном без прнложения магнитного поля к расплаву, а черные точки - с приложением магнитного поля. Предпочти- 20 тельный предел концентрации кислорода в кристалле (3-7,5) ° 10 ат./см для предупреждения осаждения кислорода в кристалле и зависиости к тепловым узорам. 25

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 ЗО

1050 С в течеыие 100 ч с последующим о резким охлаждением от 1100 С до комнатной температуры. Кривая А показывает кристалл, выращенный по методу

Чохральского без приложения магнит35 ного ноля и при концентрации кислорода. 3 ° 10 ат./см ; кривая  — крис% талл, выращенный флотационным способом без применения магнитного поля (концентрация кислорода в этом крис40

329 4 талле 1 ° 10 ат./см }, кривая С - крис" талл, выращенный по методу Чохральс кого с приложением магнитного поля (концентрация кислорода в этом кристалле 5 ° 10 ат./см ). Концен трация 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 s нижней части графика †.с приложением магнитного поля. Отклонения в распределении удельного сопротивления в последнем меньше, чем в первом кристалле.

График на фиг. 9 показывает распределение удельного сопротивления в продольном направлении кристалла, имеющего добавку бора, который термообрабатывали при 450 С s течение

100 ч для образования доноров. Кри-. вая 9 представляет кристалл, выращенный без приложения магнитного поля и концентрация кислорода в котором равна 1 1 10 ат./смз, кривая

1В

Е относится к кристаллу, выращенному с применением магнитного поля и имеющему концентрацию кислорода

4 10" ат./см .

1258329

125n 329 — 40 — 30 — 20 (мм) Фиг. 8

ЮОО

0.1

Длими, мм

\ Составитель В. Безбородова

Редактор А.Лежнина Техред М.Ходаиич Корректор . T.Êîëá

Заказ 5043/60

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

Ъ

f00

Ъ

° Ф ф

f0 1

Тирах 349 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рауаская наб., д. 4/5