Preview

Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники

Расширенный поиск

Возможность использования потока инертного газа для управления качественными характеристиками выращиваемых монокристаллов кремния

https://doi.org/10.17073/1609-3577-2019-3-

Аннотация

Усовершенствован процесс выращивания монокристаллов кремния по методу Чохральского, который включает использование двух потоков аргона. 1-й, основной поток, 15-20 нл/мин, направлен сверху вниз, вдоль растущего монокристалла. Он захватывает продукты реакции расплава с кварцевым тиглем (в основном, SiO), отводит их из камеры через патрубок в нижней части камеры и обеспечивают получение бездислокационных монокристаллов из загрузок большой массы. Аналогичные процессы известны и повсеместно используются в мировой практике с 1970-х гг. 2-й, дополнительный поток, 1,5-2 нл/мин, направлен по углом 45о к поверхности расплава в виде струй из сопел, расположенных по кольцу. Этот поток инициирует образование области турбулентного течения расплава, которая изолирует фронт кристаллизации от конвективных потоков, обогащённых кислородом, а также усиливает испарение углерода из расплава. Подтверждён факт, что испаряемый из расплава кислород (в виде SiO) является «транспортом» для нелетучего углерода. Проведение промышленных процессов показало, что в выращенных монокристаллах может быть существенно снижено содержание углерода, вплоть до значений, меньших, чем в исходном сырье. В выращенных с использованием двух потоков аргона монокристаллах зафиксированы также повышенная макро- и микрооднородность распределения кислорода, существенно большая длина кристалла с заданной, постоянной концентрацией кислорода. Достижение концентрации углерода в 5 – 10 раз меньшей, чем в исходном сырье, возможно при малых количествах аргона на плавку (15-20 нл/мин по сравнению с используемыми в обычных процессах 50-80 нл/мин. Использование дополнительного потока аргона, имеющего интенсивность истечения в 10 раз меньшую, чем у основного потока, не искажает характер обтекания основным («осевым») потоком поверхности монокристалла, не нарушает рост бездислокационного монокристалла, не вызывает увеличения плотности микродефектов, что свидетельствует об отсутствии изменений температурных градиентов и термоударов, приводящих к возникновению термических напряжений в монокристалле.

Об авторах

Т. В. Критская
Инженерный институт Запорожского национального университета
Украина
Критская Татьяна Владимировна — доктор техн. наук, профессор, зав. каф. электронных систем


В. Н. Журавлёв
ГП «Ивченко-Прогресс»
Украина
Владимир Н. Журавлёв — доктор техн. наук, нач. сектора


В. С. Бердников
Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН
Россия
Владимир Степанович Бердников — доктор физ.-мат. наук, главный научный сотрудник


Список литературы

1. Критская Т. В. Современные тенденции получения кремния для устройств электроники: Монография / Т. В. Критская; Изд-во: ЗГИА. - Запорожье: - 2013. - 353 c.

2. Тасит Муруки. Закон Мура против наномеров [Электронный ресурс] . – Режим доступа : http://subscribe.ru/archive/comp.news.ixbt/201111/02111527.html

3. . Mozer A. P. Silicon wafer technology. Status and overlook at the millennium and a decade beyond // Solid State Phenomena / Vols. 69-70 / Eds. Gummeiss H.G., Kittler M., Richter H.: Sritec Publication Ltd., Switzerland, 1999. - P.1-10.

4. Фистуль, В. И. Физика и материаловедение полупроводников с глубокими уровнями [Текст] / В. И. Фистуль // М.: Металлургия, 1992. - 240 с.

5. Barraclough, K.G. Oxygen in CZ-silicon for ULSI [Текст] / Barraclough K. G. // J. Cryst. Growth, 1990. - v. 99. - № 1. - Pt.2. P.654-664.

6. Monkowski, J. R. Gettering processes for defect control [Текст] / Monkowski J. R. // Solid State Tecnology, 1981. - v. 24. - № 7. - P. 44-51.

7. Формирование воспроизводимого геттера в кремнии [Текст] / Петлицкий А. Н., Пономарь В. Н., Тарасик М. И., Янченко А. М. // Изв. вузов. Цветная металлургия, 1987. - №5. - С. 50-54.

8. Петлицкий, А. Н. Особенности геттерирования примесей в кислородсодержащем кремнии [Текст] : Автореф. дисс. к. ф-м. н., Минск: 2004. - 21 с.

9. VoronkovV.V., Falster R. Grown-in microdefects, residual vacancies and precihitation bands in Czochralski silicon // J. Cryst. Growth,1999,v.204. H464-474.

10. Ravi K.V. Materials quality and materials cost-are they on a collision course: Solid State Phenovena, v. 69-70, Eds. Grimmeiss H.G., Kittler M. fnd Richter H., Scitec Publications Ltd, Switzerland (1999), P.103-110.

11. Pusanov N.I., Eidenson A.M. Microdefect in Czochralsky silicon single crystals // J. Crystal Growth,1982, v. 178, P. 459-467.

12. Дашевский, М. Я. Особенности технологии выращивания совершенных и однороднолегированных монокристаллов кремния [Текст] / Дашевский М.Я. // Научн. шк. моск. гос. ин-та стали и Сплавов: 75 лет: Становление и развитие. М.: Изд.-во МИСиС, 1997.-С.462-468.

13. Технология полупроводникового кремния [Текст] / Под ред. Фалькевича Э. С. // М. : Металлургия. - 1992. - 408 с.

14. Мевиус, В.И. Исследование течения расплава кремния в плавающем тигле [Текст] / Мевиус В.И., Пульнер Э.О. // Цветные металлы, 1985. - №9. - С.56-58.

15. Технология полупроводниковых и диэлектрических материалов / Ю.М. Таиров, В.Ф.Цветков // М.:Высшая школа. – 1990. – 423 с.

16. Патент 4040895 США, МКИ 156-618. Control oxygen in silicon crystals. [Текст] / Patrick W.J., Westdorp W.A. (США) – № 624618; заявл. 22.10.75; опубл. 21.01.77.

17. Физическое моделирование конвективных процессов при выращивании кристаллов методом Чохральского [Текст] / Верезуб Н. А., Леднев А. К., Мяльдун А. З. и др. // Кристаллография, 1999. - т. 44. - №6. - С.1125-1131.

18. Верезуб, Е.В Анализ воздействия низкочастотных вибраций на температурные пульсации в расплаве при выращивании кристаллов методом Чохральского [Текст] / Н.А Верезуб., Е.В Жариков., А.З. Мяльдун,. А.И. Простомолов. // Кристаллография, 1996. - т. 41. - №2. - С. 354-361.

19. Любалин, М. Д. Влияние параметров процесса получения полупроводниковых кристаллов методом Чохральского на температуру расплава и газа вблизи фронта кристаллизации [Текст] / Любалин М.Д. // Цветные металлы. – 1987. - №3. - С. 66-68.

20. Патент 2077615 России, МПК6 С 30 В 15/00. Способ выращивания монокристаллов кремния. [Текст] / Сальник З. А., Микляев Ю. А. (Россия), АООТ ПХМЗ (Россия) – №95109755/25; заявл.13.06.95; опубл. 20.04.97, Бюлл. №11.

21. Software for Optimization and Process Development of Crystal Growh from Melt and Solution [Электронный ресурс] . – Режим доступа : www.str-soft.com.

22. Мюллер, Г. Выращивание кристаллов из расплава. Конвекция и неоднородности [Текст] / Г. Мюллер // М.: Мир, 1991. - 143 с.

23. Бердников В.С. Влияние режимов конвективного теплообмена в системе тигель - расплав - кристалл на форму фронта кристаллизации в методе Чохральского / Бердников В.С., Винокуров В.А., Винокуров В.В., Гапонов В.А. [Текст] // Тепловые процессы в технике. 2011. - Т. 3. № 4. - С. 177-186.

24. Ши, Д. Численные методы в задачах теплообмена [Текст] / Д. Ши // М.: Мир, 1988. - 544 с.

25. Kobeleva S.P., Anfimov I.M., Berdnikov V.S., Kritskaya T.V. Possible causes of electrical resistivity distribution inhomogeneity in Czochralski grown single crystal silicon // Modern Electronic Materials. 2019. V. 5, N 1. P. 27-32. https://doi.org/10.3897/j.moem.5.1.46315

26. Gelfgat, Yu.M. Rotating magnetic fields as a means to control the hydrodynamics and heat/mass transfer in the processes of bulk single crystal growth [Текст] / Gelfgat Yu.M. // J. Cryst. Growth. - 1999. - v. 198-199. - Pt. 1. - P.165-165.

27. Пат. 6156119 США, МПК7 С30В 15/22. Silicon single crystals and method for producing the same [Текст] / Ryoji H., Kouichi J., Tomohiko O. (Яп.); Shin-etsu Han-dotai Co., Ltd (Яп.).- № 09/270453; Заявл. 17.03.98; Опубл. 02.12.00; Приор. 20.03.98, №10092465 (Яп.).

28. Пат. 6113688 США, МПК7 С30В 15/20. Process for producing single crystal [Текст] / Souroku K., Makoto J., (США); Sumitomo Metal Ind., Ltd. (США).- № 09/164375; Заявл. 01.10.98; Опубл. 05.09.00.

29. Примесная неоднородность и структура бесдислокационных монокристаллов кремния, выращенных методом Чохральского в магнитном поле [Текст] / Ткачева Т.М., Горин С. О., Лаптев А.В. и др. // Свойства легированных полупроводниковых материалов: Сб. научн. тр., М.: Наука, 1990. - С.127-131.

30. Handbook of semiconductor silscon technologe –Nev Jersey.–1990. 795 p.

31. Туровский, Б. М. Влияние вращения тигля с расплавом на содержание кислорода в кристаллах кремния, выращенных по методу Чохральского [Текст] / Туровский Б.М. // Научные труды Гиредмета, т.25. - М.: Металлургия. - 1969. - С. 113-116.

32. Evstratov I.Yu. Global model of Czochralski silicon growth to predict oxygen content and thermal fluctuations at the melt-crystal interface [Текст] / I.Yu. Evstratov, V.V. Kalaev, V.N. Nabokov, A.I. Zhmakin, Yu.N. Makarov, A.G.Abramov, N.G. Ivanov, E.A. Rudinsky, E.M. Smirnov, S.A. Lowry, E. Dornberger, J. Virbulis, E. Tomzig, W. v.Ammon // Microelectronic Engineering, 56/1-2 (2001) Р. 139-142.

33. Kalaev V.V. Combined effect of DC magnetic fields and free surface stresses on the melt flow and crystallization front formation during 400mm diameter Si Cz crystal growth [Текст] / V.V. Kalaev //J. Crystal Growth (2007), doi:10.1016/j.jcrysgro.2006.11.345

34. Chen J.-C. Numerical simulation of oxygen transport during the Czochralski silicon crystal growth with a cusp magnetic field [Текст] / J.-C. Chen, P.-C.Guo , C.-H.Chang, Y.-Y.Teng, C.Hsu, H.-M.Wang, C.-C.Liu // Journal of Crystal Growth. 2014. Т. 401. С. 888-894.

35. Chartier C.P. Czochralski silicon crystal growth at reduced pressures / Chartier C.P., Sibley C.B. //Solid State Technology, 1975, v.8, No.2, P.31-33

36. Заявка 2548046 (ФРГ). Verfharen zur Herstellung einkristalliner Siliciumstäbe // Wacker-Chemitronic Ges. für Electronik-Grundstoffe mbit; aut. Stock H., Ellbrunner A. – Anm. 27.10.75; Off. 28.04.77. МКИ: B01j 17/18

37. Воронков, В. В. Испарение углерода из расплава при выращивании монокристаллов кремния. [Текст] / Воронков В. В. и др. // Изв. АН СССР. Неорг. материалы. 1982. - №9. - С. 1440-1143.

38. Xin Liu Numerical analyses and experimental validations on transport and control of

39. carbon in Czochralski silicon crystal growth [Текст] / Xin Liu, Hirofumi Harada, Yoshiji Miyamura, Xue-feng Han, Satoshi Nakano,Shin-ichi Nishizawa, Koichi Kakimoto // Journal of Crystal Growth 499 (2018) - Р. 8–12

40. X. Liu, Development of carbon transport and modeling in Czochralski silicon crystal growth [Текст] / X. Liu, S. Nakano, K. Kakimoto // Cryst. Res. Technol. 52 (2017) - Р. 1–11.

41. Torbjorn, C. Aquantative model for carbon incorporation in Czochralski silicon melts. [Текст] / Torbjorn C. // J. of the Electrochemical Soc. 1983. - v.130. - №1. - Р. 168-171.

42. Критская, Т. В. Свойства монокристаллов кремния, выращенных по методу Чохральского, при управлении потоками поверхностного тепло-массопереноса [Текст] / Критская Т.В. // Теория и практика металлургии. - 2005. - №4-5 (47-48). - С. 79-83.

43. Патент 2076909 России, МПК6 С 30 В 15/04, 29/06. Способ выращивания монокристаллов кремния. [Текст] / Сальник З. А., Микляев Ю. А. (Россия), АООТ ПХМЗ (Россия) – №95107207/25; заявл.04.05.95; опубл. 10.04.97, Бюлл. №10.

44. А.с. 327429 СССР, МПК С 30 В 15/00. Способ получения монокристаллов кремния. [Текст] / Бевз В. Е., Данилейко Н. Н., Голубов А. И., Критская Т. В., Шкляр Б. Л., Фалькевич Э. С. (СССР), ЗТМК (СССР) – № 4533700 / 98-43/26; заявл. 30.07.90.

45. Проспект фирмы PVA TePla AG Germany. Crystal Growing Systems : Contigo Concept GmbH & Co. -33p. // www. pvatepla.com; info@pvatepla.com

46. Фистуль, В.И. Взаимодействие примесей в полупроводниках [Текст] / В. И. Фистуль // М.: Наука, 1999. - 318 с.

47. Васильев А.В., Баранов А.И. Дефектно-примесные реакции в полупроводниках //Новосибирск: Издательство СО РАН, 2001. – 256 с

48. Фрицлер К.Б. Формирование огранки и кристаллическои структуры кремния, выращенного методом бестигельной зонной плавки // Диссертация к.ф.-м.н. 01.04.07: ИФ ПП, Новосибирск. -2012.- 149 с.

49. Критская, Т. В. Деформационное дефектообразование в процессе роста монокристаллов кремния по методу Чохральского [Текст] / Критская Т. В., Головко О. П. // Металлургия. Труды запорожской государственной инженерной академии. Запорожье: ЗГИА. - 2003. - вып. 7. - С. 64-66.

50. Головко, О. П. Образование поликристаллической области в сильнолегированных монокристаллах кремния [Текст] / Головко О.П., Критская Т.В., Куцев М.В // Изв. вузов. Материалы электронной техники. - 2001. - №4. - С. 38-40.

51. Критская Т.В., Журавлёв В.Н. Гипотеза протекания процесса выращивания монокристаллов с аналитически прогнозируемыми электрофизическими параметрами //Тезисы докладов «Кремний-2016». Новосибирск, 12-15 сентября 2016. – С.91

52. Электронный ресурс. Режим доступа: http://earth-chronicles.ru/news/2019-07-30-130983


Для цитирования:


Критская Т.В., Журавлёв В.Н., Бердников В.С. Возможность использования потока инертного газа для управления качественными характеристиками выращиваемых монокристаллов кремния. Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. 2019;22(3). https://doi.org/10.17073/1609-3577-2019-3-

For citation:


., ., . . Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering. 2019;22(3). https://doi.org/10.17073/1609-3577-2019-3-

Просмотров: 44


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1609-3577 (Print)
ISSN 2413-6387 (Online)