» » Получение легированных монокристаллов кремния
22.09.2015

Наиболее распространенными способами получения монокристаллов кремния являются вытягивание из расплава и бестигельная зонная плавка.
Для вытягивания монокристаллов кремния из расплава методом Чохральского чаще всего применяют установки с нагревателем сопротивления такого же типа, как и для вытягивания германия. Однако в связи с более высокой температурой плавления кремния в установках для вытягивания монокристаллов кремния предусматривается улучшенное экранирование нагревателя и более интенсивное охлаждение внешних частей установки. Вследствие интенсивного образования пленки на внутренних частях установки при вытягивании кремния желательно иметь больший объем плавильной камеры.
Схема установки с нагревателем сопротивления, применяемая для вытягивания монокристаллов кремния, приведена на рис. 139. Установка состоит из следующих основных частей: металлического охлаждаемого водой цилиндра в, внутри которого помещены секционный графитовый нагреватель 2 и графитовые экраны. Вокруг экранов расположен водоохлаждаемый стальной кожух для конденсации окисных пленок. Снизу введен хорошо центрированный вращающийся шток, на котором крепится графитовый тигель б. В этот тигель вставлен кварцевый тигель а, содержащий кремний. Через верхнюю крышку в рабочую камеру опущен шток с затравкой. Вращение и подъем верхнего штока осуществляются специальным механизмом, установленным на верхней крышке цилиндра.
Получение легированных монокристаллов кремния

Рабочий объем камеры вначале откачивают до остаточного давления 1*10в-6 мм рт. ст., после чего кремний, содержащийся в кварцевом тигле, постепенно нагревают до плавления. При температуре немного выше точки плавления, кремния ускоряется реакция между кварцем и кремнием с образованием летучей моноокиси кремния SiO; при этом жидкий кремний приходит в интенсивное движение, часто приводящее к выбросу расплава из тигля. Во избежание этого кремний расплавляют осторожно. После полного расплавления опускают затравку почти до полного соприкосновения с расплавом.
Температуру графитового нагревателя поддерживают постоянной с точностью до ±0,1 град, на стенках тигля — до ±1 град. При установленной температуре вытягивания расплав выдерживают 15—20 мин, затем в него погружают затравку. После того как затравка слегка оплавится для достижения необходимого контакта с расплавленным кремнием, устанавливают необходимые условия и начинают выращивание со скоростью подъема 0,15 мм/мин. Скорость вращения затравки около 2 об/мин, тигля 1 об/мин.
Для получения n-типа проводимости кремний перед началом вытягивания монокристаллов легируют сплавом (лигатурой) кремния с фосфором, а для получения р-типа проводимости вместе с исходным кремнием расплавляют и легирующую примесь, которую вводят в твердую загрузку в виде сплава кремния с бором. При этом легирующая примесь распределяется в кристалле кремния в соответствии с режимом вытягивания и величин эффективных коэффициентов распределения.