Oxygen in Silicon Single Crystals
Download 1.39 Mb.
|
Oxygen in Silicon Single Crystals ццц
- Bu sahifa navigatsiya:
- МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ КИСЛОРОДА В КРЕМНИИ
- I I I I | I I Г I I I I I I | I—Г"
|
Нецентральная осевая симметрия температурного распределения в расплаве
В больших объемах расплава практически всегда существует небольшая температурная асимметрия вблизи оси роста кристалла. В процессе выращивания кристалла, поскольку он вращается вокруг оси роста, граница раздела расплав-кристалл будет подвержена небольшим температурным колебаниям, обусловленным этой асимметрией теплового поля. Следовательно, скорость роста некоторого участка кристалла, параллельного оси роста будет флуктуировать периодически. В общем случае такие флуктуации роста более выражены в тех участках кристалла, которые расположены дальше от его центра. Периодичность флуктуаций определяется двумя величинами: средней скоростью роста f и угловой скоростью вращения кристалла (ю) согласно следующей формуле f /ю В соответствии с изменениями в скорости роста кристалла происходит изменение уровня внедрения примеси. Причем если равновесный коэффициент сегрегации К < 1, то уровень внедрения примеси колеблется в фазе с флуктуациями скорости роста, а если К > 1, то уровень внедрения изменяется в противофазе. Флуктуации температуры, обусловленные тепловыми конвекционными потоками Эти флуктуации температуры, а следовательно, и уровня внедрения примеси, обусловлены тепловыми конвекционными потоками в расплаве, которые по своей природе являются больше случайными и поэтому на протравленных кремниевых пластинах наблюдаются в виде апериодичных полос. Если тепловые конвекционные потоки являются значительными, то микрофлуктуации будут иметь высокую частоту изменения порядка нескольких десятков герц. Флуктуации скорости роста кристалла, вызванные автоматической системой контроля диаметра слитка Флуктуации скорости роста кристалла могут также возникнуть вследствие применения системы автоматического контроля диаметра слитка (АДК), которая обычно используется при выращивании крис 22 талла кремния по методу Чохральского. Во время выращивания, вслед- ствие различных причин, изменяется диаметр кристалла, который пос- тоянно контролируется системой оптического слежения. Поэтому для поддержания заданного диаметра кристалла система АДК, учитывая флуктуации диаметра в процессе роста, изменяет скорость вытягива- ния слитка. Регулирование скоростью вытягивания бывает "мгновен- ным" (несколько секунд) и "длинновременным" (минуты). Длинно- временная регулировка скорости вытягивания определяет среднюю скорость вытягивания. Мгновенная регулировка скорости вытягивания оказывает воздействие на микроскопические флуктуации скорости роста кристалла, вызванные термической асимметрией нагрева расп- лава и тепловой конвекцией. Конечным результатом этих регулировок является сглаживание периодической природы примесной флуктуации, вызванной термической асимметрией расплава. Высокие требования, предъявляемые в настоящее время к полу- проводниковому материалу, используемому для изготовления интег- ральных схем, вынуждают измерять и контролировать как в макро-, так и в микромасштабе не только легирующие примеси, но также и фо- новые, такие как кислород и углерод. Микрораспределение легирую- щих примесей в общем случае можно получить с высоким разреше- нием (~ 5 мкм) с помощью метода измерения сопротивления расте- кания. Для измерения микрораспределения кислорода и углерода обычно используют ИК-спектроскопию, которая с некоторой модифи- кацией позволяет измерять концентрацию фоновых примесей с ло- кальным разрешением порядка 30 мкм. Для примера, на рис. 5 представлено семейство концентрационных профилей фоновой примеси кислорода в кристалле кремния, измерен- ных вдоль оси роста кристалла на различном расстоянии от поверхно- сти методом ИК-поглощения с локальным разрешением ~ 30 мкм [34]. Видно, что в исследуе- мом коммерческом без- дислокационном кри- сталле кремния флук- туации концентрации кислорода находятся в пределах 8 -1017^1.5 -1018 см-3. Наблюдаемые флуктуа- ции концентрации явля- ются больше случайны- Рис. 5. Распределение кон- центрации кислорода в кри- сталле кремния, определен- ное при сканировании ИК- поглощения вдоль оси роста слитка на различных рас- стояниях от его края [34] 23
рода, кислорода и сурьмы вдоль оси роста в кристалле кремния диаметром 75 мм, выращенного по методу Чохраль- ского [35]: а - без внешнего магнитного поля; б - с приложенным осевым магнит- ным полем величиной 0.12 Т ми, чем периодическими, указы- вая на то, что изменения уровня внедрения кислорода в основном определяются турбулентными те- пловыми конвекционными потока- ми в расплаве. Видно также, что флуктуации концентрации кис- лорода являются более выражен- ными вблизи поверхности кри- сталла, чем возле его оси роста. Кроме этого, определенные неод- нородности распределения прос- леживаются от поверхности кри- сталла к его центру, показывая тем самым полосчатую структуру распределения примеси. Известно, что процессом пе- ремешивания расплава (т. е. его конвекционными потоками) можно управлять с помощью внешнего магнитного поля. На рис. 6 пока- заны концентрационные профили легирующей примеси сурьмы и со- путствующих примесей кислорода и углерода в кристалле кремния вдоль оси роста как в случае наличия внешнего осевого магнитного поля (рис. 6, б), так и без него (рис. 6, а). Из этих концентрационных профилей видно, что при наличии внешнего магнитного поля, вследст- вие уменьшения конвекционных потоков в расплаве, остаются только периодические флуктуации концентрации всех примесей, связанные с неосевой симметрией нагрева расплава. Кроме этого, следует отме- тить, что внешнее магнитное поле не только убирает случайные флук- туации концентрации, вызванные турбулентными потоками в расплаве, но и изменяет уровень внедрения углерода и кислорода. Периодиче- ское изменение концентрации всех примесей (сурьмы, кислорода и уг- лерода), согласованное по фазе, говорит о том, что вышеупомянутые примеси имеют равновесный коэффициент сегрегации К < 1. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ КИСЛОРОДА В КРЕМНИИ Оптический метод (ИК-спектроскопия) Основным методом исследования состояния кислорода в кристалле 24 Рис. 7. Спектр ИК-поглощения кристалла кремния, выращенного по методу Чохральского и содержащего большую концентрацию растворенного кислорода Л.,/ММ 6 7 8 9 10 15 20 30 “I I I I | I I Г I I I I I I | I—Г" t 1225см-1 Download 1.39 Mb. Do'stlaringiz bilan baham: 
|