ДИАГНОСТИКА ПРИМЕСНОГО СОСТАВА ВЫСОКОЧИСТОГО МОНОСИЛАНА ПО РЕЗУЛЬТАТАМ АНАЛИЗА КОНТРОЛЬНОГО МОНОКРИСТАЛЛА КРЕМНИЯ

Элементы III и V групп Периодической системы и углерод являются одними из наиболее важных примесей в кремнии. Предложена методика оценки содержания примесей углерода, бора, фосфора и мышьяка в высокочистом моносилане. Методика включает получение поликристаллического кремния по реакции гетерогенного разложения моносилана, выращивание контрольного монокристалла методом бестигельной зонной плавки, анализ монокристаллических образцов методом ИК−спектроскопии. Концентрация примесей в исходном поликристалле рассчитана с использованием результатов определения их содержания в контрольных образцах монокристаллов, данных о значении коэффициентов распределения примесей в системе «твердое тело — жидкость», координаты образца по длине слитка. Значения эффективного коэффициента распределения примесей в системе «твердое тело — жидкость» для конкретных условий выращивания оценены из уравнения Бартона— Прима—Слихтера.
Приведены результаты анализа контрольных образцов кремния природного изотопного состава и обогащенного изотопом 28Si, полученных из проб моносилана с различным содержанием примесей. Установлено, что результаты ИК−спектроскопического исследования примесного состава по контрольному монокристаллу согласуются с данными о концентрации, полученными методом хроматографии. Концентрация примесей III, V групп
в моносилане составила 4 ⋅ 10−9—2 ⋅ 10−6 % (ат.), углерода — 2 ⋅ 10−6— 6 ⋅ 10−4 % (ат.). Погрешность определения методом ИК−спектроскопии примеси углерода не превышала 15 %, бора и фосфора — 20 %. Показано, что верхняя граница диапазона содержания углерода в моносилане с помощью предложенной методики ограничивается его пределом растворимости в кремнии, нижняя — пределом обнаружения метода ИК−спектроскопии и возможным фоновым загрязнением. 

1. Белов, Е.П. Моносилан в технологии полупроводниковых материалов / Е. П. Белов, Е. Н. Лебедев, Ю. П. Григораш, А. Н. Горюнов, И. Н. Литвиненко. − М. : НИИТЭХИМ, 1989. − 65 с.

2. Бочкарев, Э. П. Полупроводниковый поликристаллический кремний / Э. П. Бочкарев, А. В. Елютин, Л. С. Иванов // Изв. вузов. Цветная металлургия. − 1997. − No 5. − С. 20—26.

3. Фалькевич, Э. С. Технология полупроводникового кремния / Э. С. Фалькевич., Э. О. Пульнер, И. Ф. Червонный, Л. Я. Шварцман, В. Н. Яркий, И. В. Салли. − М. : Металлургия, 1992. − 408 с.

4. Крылов, В. А. Хромато−масс−спектрометрическое определение примесей в изотопно−обогащенном силане высокой чистоты / В. А. Крылов, А. Ю. Созин, В. А. Зорин, В. Г. Березкин, В. А. Крылов // Масс−спектрометрия. – 2008. − Т. 6, No 4. − С. 225—233.

5. Сенников, П.Г. Примеси в моносилане,синтезированном различными методами / П. Г. Сенников, А. П. Котков, С. А. Адамчик, Н. Д. Гришнова, Л. А. Чупров, С. К. Игнатов // Неорган. материалы. − 2010. − Т. 46, No 4. − С. 415—420.

6. Гусев, А. В. Выращивание монокристаллов стабильных изотопов кремния. / А. В. Гусев, В. А. Гавва, Е. А. Козырев // Перспективные материалы. − 2010. − Вып. 8. − С. 366—369.

7. Sennikov, P.G. Spectroscopic parameters of LVM absorption bands of carbonand oxygen impurities in isotopic enriched silicon 28 Si, 29 Si and 30 Si / P. G. Sennikov, T. V. Kotereva, A. G. Kurganov, B. A. Andreev, H. Niemann , D. Schiel, V. V. Emtsev, H.−J. Pohl // Физика и техника полупроводников. − 2005. − Т. 39, вып. 3. − С. 320—326.

8. Kotereva, T. V. Isotopic effects in the infrared absorption spectra of electrically active impurities in silicon 28, 29, and 30 with high isotopic enrichment / T. V. Kotereva, A. V. Gusev, V. A. Gavva, E. A. Kozyrev // Russian Microelectronics. − 2013. − Т. 42, No 8. − С. 453—457.

9. ASTMF 1630−00. Standard Test Method for Low Temperature FT−IR Analysis of Single Crystal Silicon for III−V Impurities. − P. 1—7/http://www.astm.org/DATABASE.CART/WITHDRAWN/ F1630.htm. DOI: 10.1520/F1630−00

10. ASTM F 1391−93. Standard Test Method for Substitutional Atomic Carbon Content of Silicon by Infrared Absorption. − P. 515—519 / http://www.astm.org/Standards/F1391.htm. DOI: 10.1520/F1391−93R00

11. Пфанн, В. Зонная плавка / В. Пфанн. − М. : Мир, 1970. − 336 с.

12. Полупроводники / Под ред. Н. Б. Хеннея. − М. : Изд−во иностранной литературы, 1962. − 668 с.

13. Вавилов, В.С. Дефекты в кремниии на его поверхности / В. С. Вавилов, В. Ф. Киселев, Б. Н. Мукашев. − М.: Наука, 1990. − 216 с.

14. Tang, K. SINTEF Materials and chemistry, N−thermochemical and kinetic databases for the solar cell silicon / K. Tang, E. J. Ovrelid, G. Tranell, M. Tangstad // Mater. Twelfth Internat. Ferroalloys Congress Sustainable Future. − Helsinki (Finland), 2010. − P. 619—629.

15. Ковалев, И. Д. Определение примесей кислорода и углерода в поликристаллическом кремнии методом ИК−спектроскопии. / И. Д. Ковалев, Т. В. Котерева, А. В. Гусев, В. А. Гавва, Д. К. Овчинников // Журн. аналитической химии. − 2008. − Т. 63, No 3. − С. 274—278.