Способ выращивания кристаллов кремния

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 4 С 30 В 15/00 29/ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМ ПО ШЛАМ ИЗОБРЕТЕНИ ЕТ СССРИ ОТНРЫТИЙ лние изоБРЕТБНиЯ;(72) Тосихико Сузуки, Нобуюки ИсаЯсунори Окубо и Киндзи Хоси (ЗР)(56) Шашков Ю.И., Шушлебина И,Я.О влиянии электромагнитного перемешивания расплава на выращиваниемонокристаллов кремния - Физика ихимия обработки материалов. 1972,У 1, с. 34-36.(54) (57) СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ КРИСТАЛЛОВ КРЕМНИЯ из расплава в кварцевом тигле при его нагреве от нагревателя, питаемого электрическим током, и при воздействии на расплав магнит" ного поля, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью обеспечения в кристаллах диаметром более 70 мм концен 1 Т трации кислорода (3,0-7,5) 10 ат/смф, процесс ведут при нагреве постоянным током с пульсацией менее четырех процентов и воздействии на расплав стационарного магнитногофполя 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.58329 1 5 10 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 Ф 12Изобретение относится к способамкристаллизации полупроводников, вчастности кремния,Цель изобретения - обеспечение вкристалле диаметром более 70 мм кон"т Чцентрации кислорода (3,0-7,5) 10 ат/см1 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 беэ негоф на фиг. 5 - график зависимости концентрации кислорода в кристалле от напряженности магнитного поля, приложенного к расплаву; на иг. 6 - график распределения концентрации кислорода в кристалле в продольном направлении; на фиг, 7 - график зависимости времени цикла нагрева пластии 11 кремния от ее деформации, на фиг. 8 - график распределения удельного сопротивления кристалла с примесью фос 4 ора, измеренного в направлении его радиуса; на фиг. 9 - график распределения удельного сопротивления кристалла с примесью бора, измеренного в продольном напралении,Устройство для осуществления предлагаемого способа содержит тигель 1 для расплава кремния 2, выполненный из электрического изолятора, например кварца. Снаружи тигля установлен нагреватель 3. Монокрис" талл 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 электромагнитов 7 по горизонтали 35 см, Нагревателем 3 является резистор зигзагообразной конфигурации, который питается постоянным током с легкой пульсацией меньше чем 47). 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 применеонием - 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 0,1-0,2 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 спловная линия В- .на применение магнитного поля величиной 40 ОО 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 заарав. ки со скороетью 20 об/мин и скорос 3 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 нитное псле 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 тельный предел концентрации кислорода в кристалле (3-7,5)10 ат./см для предупреждения осаждения кислорода в кристалле и зависиости к тепловым узорам. 25График 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 последующиморезким охлаждением от 1100 С до комнатной температуры. Кривая А показывает кристалл, выращенный по методу Чохральского без приложения магнит 35 ного ноля и при концентрации кислорода. 310 ат./см; кривая В - крисВталл, выращенный Флотационным способом без применения магнитного поля (концентрация кислорода в этом крис 40 329 4талле 1 10 фат./см)ф кривая С - крис"талл, выращенный по методу Чохральского с приложением магнитного поля(концентрация кислорода в этомкристалле 5 ф 10 ат./см). Концентрация кислорода выше этого пределавызывает осаждение кислорода в пластине, а концентрация кислорода нижесоответствующего предела не препятствует распространению дислокаций,которые могут способствовать деформации пластины,График на Фиг, 8 показывает распределение удельного сопротивлениякристалла кремния с добавкой фосфора в радиальном направлении. Черные точки в верхней части графикапоказывают удельное сопротивлениекристалла, выращенного без приложения магнитного поля, а белые точки внижней части графика в .с приложениеммагнитного поля. Отклонения в распределении удельного сопротивленияв последнем меньше, чем в первомкристалле. График на Фиг. 9 показывает распределение удельного сопротивления в продольном направлении кристалла, имеющего добавку бора, который термообрабатывали при 450 С в течение 100 ч для образования доноров. Кри-. вая 0 представляет кристалл, выращенный без приложения магнитного поля и концентрация кислорода в котором равна 1, 110 ат./смз, кривая6Е относится к кристаллу, выращенному с применением магнитного поля и имеющему концентрацию кислорода 410" ат./см.,Колб едактор А.Лежнин Подпис аказ 5043/6 СССй рст зоб 4/ а кв роектная, 4 дственно-полиграфическое предприятие,. г.Ужгород Тирах ВНИИПИ Го по дел 113035, Много комите ений и откр 5, Раущская