Оптимизация условий выращивания и использование "третьего" компонента в процессах получения совершенных монокристаллов кремния методом Чохральского для СБИС

• Автор: Епимахов, Игорь Дмитриевич
• Шифр специальности: 05.27.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 188 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Методы получения и свойства монокристаллов кремния для СБИС

1.1. Современные требования к однородности и совершенству кремния.

1.2. Промышленные методы выращивания монокристаллов кремния

1.3. Особенности поведения примесей кислорода и углерода в кремнии

1.4. Примеси металлов в монокристаллах кремния

1.5. Образование дефектов кристаллической структуры в процессах выращивания кремния

1.5.1. Дефектообразование в бездислокационных монокристаллах кремния

1.5.2. Микродефекты и окислительные дефекты упаковки

1.6. Особенности поведения переходных металлов IV группы в кремнии .

2. Технология выращивания и исследование свойств монокристаллов

2.1.Подготовка исходных материалов и оборудования для выращивания монокристаллов.
2.2. Технология выращивания монокристаллического кремния из расплава, содержащего примесь циркония.
2.3. Контроль электрофизических параметров кремния
2.3.1. Определение типа электропроводности, величины и однородности распределения удельного сопротивления
2.3.2. Контроль времени жизни неравновесных носителей заряда
2.3.3. Определение содержания оптически активного кислорода и
углерода
2.4. Выявление структурных дефектов в монокристаллах кремния
2.4.1. Контроль i
2.4.2. Идентификация и определение плотности окислительных дефектов упаковки
2.5. Методика изготовления и подготовки пластин кремния к испытаниям.
3. Исследование процессов теплопереноса при выращивании монокристаллов кремния
3.1. Влияние тепловых условий выращивания на совершенство монокристаллов кремния.
3.2. Методика расчета тепловых полей
3.3. Анализ распределения температуры в монокристаллах в процессе выращивания
3.4. Определение условий выращивания монокристаллов с заданным механизмом образования микродефектов.
4. Использование третьего компонента при выращивании монокристаллов кремния
4.1.Методы гетгерирования в технологии кремния
4.2.Комплексообразование в кремнии при наличии циркония,
4.3. Распределение примеси кислорода по длине и диаметру кристаллов
4.4. Влияние третьего компонента на поведение углерода при выра
щивании монокристаллов.
4.5. Влияние циркония на однородность распределения основной легирующей примеси
4.6. Особенности образования структурных дефектов в кремнии с использованием третьего компонента
Выводы
Общие выводы
Литература


Количественные характеристики структурных параметров монокристалла являются результатом компромисса между желаемой степенью его структурного совершенства и экономическими параметрами - стоимостью, производительностью процесса выращивания, объемами производства. На современном этапе развития полупроводниковой промышленности, особенно жесткие ограничения, накладываются на количество протяженных дефектов в монокристаллах кремния. Полностью исключается присутствие в монокристаллах трехмерных дефектов: поликристаллических областей, макроскопических пор, микротрещин. Практически не используются монокристаллы кремния и с двумерными дефектами: границами субструктуры (блоков) и двойников, с ростовыми дефектами упаковки, а также линиями скольжения. Ограниченное применение имеют монокристаллы, содержащие линейные дефекты -дислокации. Современное производство СБИС основано на использовании пластин, изготовленных из бездислокационных монокристаллов кремния. К бездисло-кационным монокристаллам предъявляются ограничения по концентрации микродефектов (EPD - Etch Pit Defects) и форме их распространения, так называемой «свирл»-картине, а также к неоднородностям распределения примесей (плотность, «страты»). Микродефекты различной природы вызывают деградацию диэлектрической прочности пленок подзатворного окисла, что является фактором, ограничивающим дальнейшее повышение плотности интеграции элементов ультра-болыиих интегральных схем. Отдельного контроля требуют микродефекты, служащие зародышами дефектов упаковки, образующихся при операции выращивания на поверхности кремниевой пластины пленки окисла. Окислительные дефекты упаковки (ОДУ) снижают целостность пленки подзатворного окисла. Полосчатость (страты) обуславливает неоднородность удельного сопротивления по оси и по площади поперечного сечения монокристалла. Поскольку к величине градиента удельного сопротивления предъявляются все более жесткие требования, присутствие страт в монокристаллах не допускается. Требования к структурным параметрам монокристаллов кремния, предъявляемые к отечественным производителям приведены в табл. Таблица 1. Требования к структурным параметрам монокристаллов кремния диаметром 0 мм по ТУ -4-5-. Параметр Ед. Потребители могут предъявлять более жесткие требования к тому или иному параметру. В частности, изготовители СБИС иногда ужесточают требование по плотности ОДУ до величины 5 см*2. Существующие методы выращивания монокристаллов основаны на направленной кристаллизации, заключающейся в отводе тепла нормально границе раздела твердой и жидкой фаз, называемой фронтом кристаллизации [3]. Процессы кристаллизации лежат в основе большого числа разнообразных методов очистки и выращивания монокристаллов кремния, которые могут быть проведены как раздельно, так и в ходе одного процесса. В технологии полупроводниковых материалов находят применение следующие методы выращивания монокристаллов: методы Чохральского, Бриджмена, горизонтальной и вертикальной зонной перекристаллизации, обычно называемой зонной плавкой (БЗП). Наиболее распространенными методами выращивания монокристаллов кремния являются метод Чохральского и метод вертикальной бестигельной зонной плавки (рис. Метод вертикальной бестигельной зонной плавки был предложен в году [4]. В качестве основного метода нагрева, наибольшее распространение получил индукционный метод. Принцип вертикальной бестигельной зонной плавки заключается в следующем. На штоке вертикально закрепляют кремниевый стержень, на нижнем конце которого с помощью индукционного нагревателя создают каплю расплава. В эту каплю расплава вводят затравочный кристалл, размещенный на другом штоке, после чего создают зону расплава. Основные тенденции в развитии этого метода сводятся к увеличению диаметра бездислокационных монокристаллов. Согласно [5], увеличение диаметра монокристаллов кремния, начиная с года, происходило примерно каждые три года на мм. В последнее время имеются сведения о выращивании методом бестигельной зонной плавки монокристаллов кремния диаметром более 0 мм [6].