Разработка способа выращивания профильных монокристаллов кремния из расплава методом Чохральского

• Автор: Силаев, Иван Вадимович
• Шифр специальности: 05.27.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Владикавказ
• Количество страниц: 177 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1 Метод Чохральского

1.1.1 Теория метода.

1.1.2 Тепловые условия роста

1.1.3 Форма и свойства монокристаллов.

1.2 Метод Погаиского

1.3 Получение профильных монокристаллов методом Степанова.

1.3.1 Сущность метода.

1.3.2 Конструкции формообразователей

1.3.3 Устойчивость процесса роста.

1.3.4 Тепловые условия роста
1.3.5 Дефекты профильных монокристаллов.
1.4. Выводы и постановка задачи.
ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ УСЛОВИЙ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ ТРУБЧАТОЙ ФОРМЫ МЕТОДОМ
ЧОХРАЛЬСКОГО
2.1 Расчет высоты столбика расплава при выращивании монокристаллов по методу Чохральского и ее влияние на постоянство диаметра растущего
кристалла
2.2. Исследование процессов теплообмена в замкнутой системе и определение возможности получения полых кристаллов
2.3 Решение сопряженных задач теплообмена с учетом реальной геометрии теплового узла.
2.4 Моделирование распределения температуры в модернизированном тепловом узле и в системе цилиндрическая затравкарасплав при различных положениях
2.5 Выводы и о главе
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ВЫРАЩИВАНИЯ И СВОЙСТВ МОНОКРИСТАЛЛОВ КРЕМНИЯ ТРУБЧАТОЙ ФОРМЫ
3.1 Исследование условий выращивания монокристаллов кремния трубчатой формы методом Чохральского
3.1 Л Экспериментальная апробация расчетного теплового узла.
3.1.2 Разработка методики определения температуры расплава в
3.1.3 Исследование технологических процессов получения профильных монокристаллов при различных формах, размерах и методах крепления
затравок
ЗЛ.4 Технология выращивания профильных монокристаллов
3.2 Влияние технологических факторов на геометрические размеры профильных монокристаллов
3.3 Исследование структуры выращенных профильных монокристаллов
3.3.1 Рентгеноструктурное исследование совершенства полученных профильных цилиндрических кристаллов.
3.3.2 Методика подготовки выращенных монокристаллов для металлографических исследований
3.3.3 Металлографическое исследование профильных монокристаллов
3.4 Разработка методики измерения удельного электрического сопротивления цилиндрических монокристаллов. Влияние технологических факторов на удельное сопротивление.
3.5 Изготовление выпрямительного диода на выращенных
профильных монокристаллах кремния
3.6 Предложения по использованию стандартных тиглей 2 и 0 мм.
3.7 Общие выводы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Идея выращивания кристаллов в устойчивом режиме состоит в том, чтобы обеспечить наличие в кристаллизационной системе отрицательной обратной связи за счет использования внутренних резервов системы. В этом случае гасятся возникающие в системе возмущения, что обеспечивает устойчивое протекание процесса кристаллизации и приводит к возможности выращивания кристалла с постоянной формой поперечного сечения. Скорость роста кристаллов в установках Чохральского достигает ммч, и это быстрее, чем при других методах выращивания. Одно из достоинств метода отсутствие контакта растущего кристалла со стенками тигля, что, естественно, уменьшает загрязнение кристалла. В методе Чохральского тепло к находящемуся в тигле расплаву подводят снаружи рисунок 3. Поэтому в обладающем определенной теплопроводностью расплаве температура падает от периферии к центру. В нем возникают осевой и радиальный градиенты температуры. В месте возникновения переохлажденной области расплава и происходит рост монокристалла. Если в процессе роста монокристалла градиенты температуры в расплаве не меняются, то размер переохлажденной области, а следовательно, и размер монокристалла остаются постоянным . Метод позволяет получить монокристаллы германия, кремния и других веществ в виде слитков и стержней заданного диаметра. Обычно затравка имеет намного меньшее поперечное сечение, чем вытягиваемый кристалл. Поэтому через некоторое время после начала выращивания кристалла количество теплоты, отводимой за счет теплопроводности слитка, становится пренебрежимо малой по сравнению с вкладом излучения и конвекции, величина которых пропорциональна площади боковой поверхности кристалла, и, следовательно, пропорциональна радиусу кристалла г. Можно сделать вывод, что если выделяющаяся теплота кристаллизации значительно превышает количество тепла, подводимого из расплава, то величина скорости роста будет обратно пропорциональна диаметру слитка. При повышении температуры нагревателя размер переохлажденной области в расплаве уменьшается, и температура в нем и в столбике расплава увеличивается. В результате фронт кристаллизации поднимается вверх и высота столбика возрастает. Силы поверхностного натяжения увеличиваются и сжимают столбик. В результате диаметр монокристалла уменьшается. Аналогично уменьшение диаметра монокристалла происходит и при увеличении скорость подъема затравки, а также при уменьшении относительной скорости вращения монокристалла. Однако, если скорость отвода тепла через расплав значительно больше выделяющейся теплоты кристаллизации, то диаметр кристалла будет мал и независим от скорости вытягивания. В действительности это условие выполняется очень редко, поэтому обычно увеличение скорости вытягивания вызывает уменьшение диаметра кристалла. Изза возникновения концентрационного переохлаждения вблизи фронта кристаллизации экспериментально определяемые скорости роста составляют не более от истинных, даже при выращивании сравнительно чистых кристаллов кремния методом Чохральского . Дня определения максимально достижимых скоростей выращивания монокристаллов по методу Чохральского разработано несколько моделей , , . В этих работах делается вывод о том, что при увеличении диаметра кристалла скорость роста уменьшается. Попытки поддержать высокие скорости роста для кристаллов больших диаметров приводят к резким флуктуациям величины диаметра и соответственно к изменению качества кристалла. В источнике сообщается о проведении исследований по изучению распределения температуры по оси растущего кристалла. Показано, что на малых расстояниях по высоте от фронта кристаллизации до мм в начальный период затравливания и роста кристалла осевой градиент температуры почти отсутствует. Градиент температуры по оси возникает при увеличении длины кристалла свыше мм. При длине кристалла свыше 0 0 мм осевой профиль температуры становится стойким до конца процесса. В области устойчивого режима температурный градиент оценивали 4 6 Кмм. Под действием градиентов температуры в выращиваемом монокристалле возникают термические напряжения, приводящие к возникновению дислокаций.