Кремний

Изготовление пластин : Изготовление монокристалла

Монокристалл

Монокристалл (монокристалл), как это требуется при производстве полупроводников, представляет собой регулярное расположение атомов. Различают поликристаллический (состав из множества мелких монокристаллов) и аморфный кремний (неупорядоченная структура). В зависимости от ориентации решетки кремниевые пластины имеют различную структуру поверхности, которая влияет на различные свойства, такие как подвижность носителей заряда или поведение при влажном химическом анизотропном травлении кремния.

Ориентация кристалла

В микромеханике ориентация кристаллов имеет особое значение. Это позволяет создавать микроканалы с перпендикулярными стенками на кремнии (110), тогда как при ориентации (100) возможны боковые углы 54,74 °.

Процесс Чохральского

Поликристаллический кремний, который присутствует после зонной очистки, плавится в кварцевом тигле почти выше точки плавления кремния. Теперь в расплав можно добавлять легирующие добавки (например, бор или фосфор) для достижения соответствующих электрических характеристик монокристалла.

Затравочный кристалл (идеальный монокристалл) на вращающемся стержне выносится на поверхность расплава кремния. Этот затравочный кристалл симулирует ориентацию кристалла кремния. При контакте с затравочным кристаллом расплав перехватывает его кристаллическую структуру. Тот факт, что температура тигля лишь немного выше температуры плавления кремния, расплав немедленно затвердевает на затравке, и кристалл растет.

Затравка медленно поднимается вверх с постоянным вращением, при этом сохраняется постоянный контакт с расплавом. Тигель поворачивается в направлении, противоположном затравочному кристаллу. Постоянная температура расплава важна для обеспечения устойчивого роста. Диаметр монокристалла определяется скоростью вытяжки, которая составляет от 2 до 25 см / ч. Чем выше скорость рисования, тем тоньше кристалл. Все устройство находится в контролируемой атмосфере, поэтому окисление кремния не происходит.

Недостатком этой процедуры является то, что расплав накапливается с легирующими добавками во время процесса, так как легирующие добавки более растворимы в расплаве, чем в твердом состоянии. Таким образом, концентрация легирующей примеси вдоль кремниевого стержня непостоянна. Также примеси или металлы могут растворяться из тигля и встраиваться в кристалл.

Преимуществами этого метода являются более низкие затраты и возможность производить пластины большего размера, как в процессах с плавающей зоной.

Иллюстрация процесса Чохральского

Кремний с плавающей зоной

В отличие от процесса Чохральского поликремний расплавлен не полностью, а, как и при зонной очистке, имеет только небольшую площадь (несколько миллиметров).

И снова затравочный кристалл, который будет введен в конец стержня из поликристаллического кремния, задает кристаллическую структуру. Поликристалл расплавлен и принимает структуру проростка. Нагретый участок медленно направляется вдоль стержня, стержень из поликристаллического кремния медленно превращается в монокристалл.

Поскольку расплавляется лишь небольшая часть поликристаллического кремния, он практически не может быть загрязнен (примеси скапливаются на дне из-за их более высокой растворимости). Легирование осуществляется путем добавления легирующих добавок в инертный газ (например, диборан или фосфин), который течет вокруг устройства.

Иллюстрация процесса плавающей зоны

Exit mobile version