Патент на изобретение №2177513

Published by on




РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ



ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(19) RU (11) 2177513 (13) C1
(51) МПК 7
C30B15/00, C30B15/20, C30B29/06
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

Статус: по данным на 17.05.2011 – прекратил действие

(21), (22) Заявка: 2000123834/12, 20.09.2000

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

20.09.2000

(45) Опубликовано: 27.12.2001

(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске:
JP 05155682 A, 22.06.1993. RU 2077615 C1, 20.04.1997. JP 54150377 A, 26.11.1979. ДАВЫДЧЕНКО А.Г. и др. Изменение формы границы кристалл-расплав в процессе выращивания кристаллов методом Чохральского. “6 Международная конференция по росту кристаллов. – Москва, 1980, Расширенные тезисы, т. 2”. – М., 1980, 221-222. KURODA EKYO et al. The effect of temperature oscillation at the growth interface on crystal perfection. “J. Cryst. Grow th”, 1984, 68, № 2, 613-623. KURODA EKYO et al. Jnfluence of growth conditions on melt interface temperature oscillations in silicon Crochralski growth. “J. Cryst. Growth”, 1983, 63, № 2, 276-784.

Адрес для переписки:

109472, Москва, Ташкентская ул., 24, корп.1, стр.1

(71) Заявитель(и):

“Корпорация “Эконика”,
Пульнер Эрунст Оскарович

(72) Автор(ы):

Пульнер Э.О.,
Илиопуло Т.Э.

(73) Патентообладатель(и):

“Корпорация “Эконика”,
Пульнер Эрунст Оскарович

(54) СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ КРЕМНИЯ


(57) Реферат:

Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых материалов для электронной техники, в частности кремния, получаемого для этих целей методом Чохральского. Сущность изобретения: способ выращивания монокристаллов кремния осуществляют методом Чохральского с вращением тигля 0,2-2,0 об/мин и с вращением кристалла ему навстречу со скоростью 0,2-20 об/мин, и со стрелой прогиба фронта кристаллизации в сторону затравки не более 0,2. Изобретение направлено на обеспечение снижения количества микродефектов в выращенных кристаллах. 1 ил., 3 табл.


Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых материалов для электронной техники, в частности кремния, получаемого для этих целей методом Чохральского.

Современные исследования в области кристаллографии показывают, что отсутствие в бездислокационных монокристаллах таких эффективных стоков для различных точечных дефектов, какими являются дислокации, приводит в монокристаллах кремния к возникновению специфических дефектов структуры. Из-за своего размера они получили наименование микродефектов. Нарушая структуру монокристалла, они создают в кристаллической решетке упругие напряжения и влияют на электропроводность кремния. Некоторые виды микродефектов вызывают коррозию металлических слоев, входящих в приборные структуры, что вызывает деградацию их рабочих характеристик. Поэтому проблема снижения числа микродефектов в кристаллах, идущих на нужды микроэлектроники, является весьма актуальной.

Известен способ получения монокристаллов кремния методом Чохральского с использованием тепловых экранов и регулированием скоростей вращения растущего кристалла и тигля с расплавом (см. описание к заявке Японии P N 4059691, С 30 В 15/20, 1992 /1/).

Известный способ направлен на управление концентрацией кислорода в растущем кристалле. Недостатком известного способа является то, что он не обеспечивает снижения количества микродефектов в выращенных кристаллах.

Известен способ получения монокристаллов кремния методом Чохральского, включающий регулирование скорости вращения кварцевого тигля в пределах 0,5 – 50 об/мин (см. описание к заявке Японии PN 03137090, С 30 В 15/20, 1991 /2/). Известный способ направлен на обеспечение равномерного распределения кислорода как по длине растущего кристалла, так и по его поперечному сечению. Недостатком известного способа является то, что он не обеспечивает снижения количества микродефектов в кристаллах.

Наиболее близким к заявляемому по своей технической сущности является известный способ выращивания монокристаллов кремния методом Чохральского с вращением кристалла 0,2 – 1,05 об/мин и вращением тигля с расплавом 0,1 – 0,6 об/мин (см. описание к заявке Японии P N 05155682, С 30 В 15/00, 1993 /3/). Известный способ обеспечивает снижение концентрации кислорода в выращенных кристаллах до 2-61017 атом/см3 при использовании тиглей размером около 16 дюймов.

Недостатком известного способа является то, что он не обеспечивает снижения количества микродефектов в выращенных кристаллах.

Заявляемый в качестве изобретения способ выращивания монокристаллов кремния направлен на обеспечение снижения количества микродефектов в выращенных кристаллах.

Указанный результат достигается тем, что способ выращивания монокристаллов кремния осуществляют методом Чохральского с вращением тигля 0,2 – 2,0 об/мин и с вращением кристалла ему навстречу со скоростью 0,2 – 20 об/мин и со стрелой прогиба фронта кристаллизации в сторону затравки не более 0,2.

Экспериментально было установлено, что если осуществлять рост монокристаллов кремния методом Чохральского при указанных выше параметрах, то количество микродефектов в выращенных кристаллах снижалось на несколько порядков. При этом указанный результат достигается только при скоростях вращения тигля (расплава) 0,2-2,0 об/мин и вращении кристалла ему навстречу со скоростью 0,2-20 об/мин. Идеальным случаем реализации способа является вариант с прогибом фронта кристаллизации, равным нулю, т.е. абсолютно плоский фронт. Однако идеальный случай труднодостижим, поэтому исследовались возможные отклонения формы фронта кристаллизации от плоской в обе стороны. В результате было установлено, что при указанном диапазоне скоростей вращения кристалла и расплава заметное снижение числа микродефектов достигается при стреле прогиба фронта кристаллизации в сторону затравки не более 0,2. (Под стрелой прогиба фронта кристаллизации понимается отношение h/d, где h – расстояние от мнимого идеально плоского фронта кристаллизации до верхней точки реального, вогнутого внутрь кристалла (см. чертеж), a d – диаметр растущего кристалла). Если же приведенное выше значение прогиба фронта кристаллизации достигается при иных скоростях вращения, чем оговоренные (0,2-2,0 об/мин и 0,2-20 об/мин), то заметного снижения числа микродефектов не наблюдается.

Сущность заявляемого способа поясняется примерами его реализации и чертежом, на котором схематично представлен продольный разрез растущего кристалла.

На чертеже обозначены: 1 – растущий кристалл; 2 – тигель; 3 – расплав; d – диаметр кристалла; h – расстояние от идеального плоского фронта кристаллизации до верхней точки вогнутого внутрь кристалла.

Пример 1. В общем случае способ реализуется следующим образом. Подготавливается необходимое оборудование для выращивания монокристаллов методом Чохральского, которое выбирается из числа известного (см.Технология полупроводникового кремния. Ред. Э.С. Фалькевич. М.: Металлургия, 1992, с.254-299 /4/). В кварцевый тигель загружают исходный материал (шихту), который выбирают исходя из того, какой марки кристалл кремния требуется вырастить.

Далее процесс идет по стандартной процедуре, предусмотренной методом Чохральского: шихту расплавляют, расплав некоторое время выдерживают при температуре на 20-30o выше температуры плавления, ориентированную по оси <100> или <111> затравку вводят в соприкосновение с расплавом, выдерживают некоторое время при включенном вращении затравки и тигля, а затем начинают вытягивание из расплава.

Для достижения заявленного результата выбирают скорости вращения затравки (растущего кристалла) и тигля (расплава) в оговоренных пределах. Для обеспечения стрелы прогиба фронта кристаллизации в заданных пределах предварительно экспериментально подбирают соответствующие технологические параметры: температура в области фронта кристаллизации, осевой и радиальный градиенты температур, скорость вытягивания. Для проверки правильности подборки параметров проводят пробный рост кристалла до вывода его на заданный диаметр, формируют некоторый участок цилиндрической формы (длиной 30-50 мм), а затем резко отрывают кристалл от расплава и после охлаждения исследуют по нему форму фронта кристаллизации и величину стрелы прогиба. Если установленная величина стрелы прогиба не соответствует заданному значению, то изменяют технологические параметры и пробное выращивание повторяют до тех пор, пока не будут подобраны такие параметры, которые обеспечат величину стрелы прогиба не более 0,2.

После этого приступают к выращиванию монокристаллов для промышленного использования.

Пример 2. Способ реализовывался как описано в примере 1, после подбора технологических параметров, обеспечивающих величину стрелы прогиба фронта кристаллизации h/d = 0,1. Выращивались кристаллы марки КЭФ-4,5 диаметром 150 мм. Скорости вращения тигля и затравки изменялись от опыта к опыту. Полученные кристаллы исследовались на наличие в них микродефектов. Для этого применялись известные методы, такие как рентгенотопографический метод Ланга или метод селективного травления (см. /4/, с.119-121). Результаты для удобства приведены в таблице 1.

Пример 3. Способ реализовывался как описано в примере 2, но со стрелой прогиба h/d = 0,25. Результаты представлены в таблице 2.

Пример 4. Способ реализовывался как описано в примере 1 для получения монокристаллов марки КДБ-10 диаметром 150 мм. В результате подбора технологических параметров стрела прогиба составляла h/d = 0,05. Тигель и затравку вращали, изменяя скорость вращения от опыта к опыту. Результаты представлены в таблице 3.

Таким образом, выращивание монокристаллов кремния методом Чохральского при соблюдении условий, оговоренных в формуле изобретения, позволяет существенно сократить количество микродефектов в полученных бездислокационных кристаллах.

Формула изобретения


Способ выращивания монокристаллов кремния методом Чохральского с вращением тигля 0,2-2,0 об/мин и с вращением кристалла ему навстречу со скоростью 0,2-20 об/мин и со стрелой прогиба фронта кристаллизации в сторону затравки не более 0,2.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4


MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 21.09.2002

Номер и год публикации бюллетеня: 13-2004

Извещение опубликовано: 10.05.2004


Categories: BD_2177000-2177999