Дослідження розподілу кисню по довжині монокристалів кремнію, легованих компонентами з різним типом провідності

Анотація

Метою статті є дослідження конвективних течій та їх впливу на вирощування монокристалів кремнію методом Чохральського з розплаву великого обсягу, що сприяє виникненню нестаціонарної конвекції. Тому моделювання конвекції для вирощування монокристалів кремнію є важливим етапом розробки умов зростання досконалих монокристалів. Кремнієві підкладки використовуються для виготовлення понад 90 % напівпровідникових приладів та сонячних осередків. Особливу роль у розвитку електроніки відіграє монокристалічний кремній, який використовується для виготовлення напівпровідникових приладів та інтегральних мікросхем. Основними вимогами розвитку технології виготовлення кремнієвих підкладок є підвищення якості при зниженні вартості. Перспективні технології 10-нм розміру та 3D-транзисторні структури значно підвищують вимоги до однорідності розподілу компонентів, зокрема і шаруватості у монокристалах кремнію. Для математичного моделювання конвективних течій розглядали течії розплаву для тигля циліндричної форми радіусом 150 мм при висоті розплаву до 40 мм. Такі параметри забезпечують стаціонарну конвекцію у розплаві кремнію. Методи зниження шаруватості вивчаються та розробляються понад 50 років, але ще не знайшли остаточного рішення. Для вивчення умов вирощування монокристалів кремнію зі зниженою шаруватістю було обрано метод Чохральського, яким одержують більшу частину монокристалів кремнію. Цей метод зростання монокристалів є найбільш контрольованим і дає змогу впливати ультразвуковими хвилями мегагерцового діапазону на конвективні потоки в розплаві кремнію під межею розділу фаз. Ефективність застосування ультразвуку у процесі витягування монокристалів напівпровідників залежить від створення спеціальних умов введення їх у розплав.

Важкорозв’язною задачею кремнієвої технології є зменшення впливу кисню на електрофізичні властивості монокристалів кремнію. Одним зі шляхів вирішення цього питання є легування ізоморфною домішкою, наприклад, оловом. Розробка методу легування монокристалів кремнію оловом вимагає визначення його концентрації в рідкій та твердій фазах.