Реферат - Монокристалічний Si - скачати безкоштовно
Химия

Реферат — Монокристалічний Si — скачати безкоштовно


Завантажити реферат: Монокристалічний Si

Основний обсяг монокристалічного кремнію (80-90%) споживаного електронною промисловістю, що вирощується за методом Чохральського.

Фактично весь кремній, що використовується для виробництва інтегральних схем, виробляється цим методом.

Кристали вирощені цим методом зазвичай не містять крайових дислокацій, але можуть включати невеликі петлі дислокаційні, що утворюються при конденсації надлишкових точкових дефектів.

Кристалічний ріст полягає у фазовому переході з рідкого стану у тверду фазу.

Щодо кремнію цей процес може бути охарактеризований як однокомпонентна ростова система рідина-тверде тіло.

Реферат - Монокристалічний Si - скачати безкоштовно

Зростання кристалів за методом Чохральського полягає в затвердінні атомів рідкої фази на межі розділу Швидкість зростання визначається числом місць на поверхні кристала, що росте, для приєднання атомів, що надходять з рідкої фази, і особливостями теплоперенесення на межі розділу фаз. Швидкість витягування впливає на форму межі розділу фаз між зростаючим кристалом і розплавом, яка є функцією радіального градієнта температури та умов охолодження бічної поверхні кристала, що росте.

Устаткування зростання кристалів.

Установка для вирощування кристалів представлена ​​на малюнку 2, і включає 4 основних вузла:

Реферат - Монокристалічний Si - скачати безкоштовно

1. Пекти в яку входять тигель, контейнер, механізм обертання, нагрівач, джерело живлення та камера.

2. Механізм витягування кристала, що містить стрижень, або ланцюг із затравкою, механізм обертання затравки та пристрій для затиску затравки.

3. Пристрій для керування складом атмосфери, що складається з газових джерел, витратомірів, системи продування та вакуумної системи.

4. Блок управління, в який входять мікропроцесор, датчики та пристрої виведення.

Тигель є найважливішим елементом ростової системи. Так як тигель містить розплав, його матеріал повинен бути хімічно інертним по відношенню до розплавленого кремнію.

Це основна вимога при виборі матеріалу тигля, так як електричні властивості кремнію чутливі навіть до таких рівнів домішки, як 10(-7)ат.%. Крім того, матеріал тигля повинен мати високу температуру плавлення, мати термічну стабільність і міцність.

Також він повинен бути недорогим або мати здатність до багаторазового використання.

На жаль, розплавлений кремній розчиняє майже всі матеріали (наприклад карбіди тугоплавких металів TiC або TaC, тим самим сприяючи занадто високому рівню металевих домішок в монокристалі, що росте. Тигли з карбіду кремнію також неприйнятні. Незважаючи на те що вуглець є електрично нейтральною домішкою в кремнії, виростити високоякісні монокристали кремнію з розплавів, насичених вуглецем, не вдається.

Відношення діаметра тигля до його висоті у великих установках =1 або трохи перевищує це значення

Зазвичай діаметр тигля дорівнює 25,30 або 35 см. для обсягу завантаження 12,20 та 30 кг. відповідно.

Товщина стінок тигля дорівнює 0.25см, проте кварц недостатньо твердий, щоб використовувати його як контейнер для механічної підтримки розплаву. Після охолодження невідповідність термічних коефіцієнтів лінійного розширення між кремнієм і кварцом, що залишилися в тиглі, призводить до розтріскування тигля.

Можливість використання нітриду кремнію як матеріал для тиглів була продемонстрована при осадженні нітриду з парогазових сумішей на стінки звичайного тигля.

Контейнер використовується для підтримки кварцового тигля. Як матеріал для контейнера служить графіт, оскільки він має хороші високотемпературні властивості. Зазвичай використовують надчистий графіт. Високий ступінь чистоти необхідний для запобігання забруднення кристала, домішками, які виділяються з графіту при високих температурах процесу. Контейнер встановлюють на п’єдестал, вал якого з’єднаний з двигуном, що забезпечує обертання. Всі пристрої можна піднімати або опускати для підтримки рівня розплаву в одній фіксованій точці, що необхідно для автоматичного контролю діаметра зливка, що росте.

Камера високотемпературного вузла установки має відповідати певним вимогам. Насамперед вона повинна забезпечувати легкий доступ до деталей вузла для полегшення завантаження та очищення. Високотемпературний вузол повинен бути ретельно герметизований, щоб запобігти забрудненню системи з атмосфери. Крім того, повинні бути передбачені спеціальні пристрої, що запобігають нагріванню будь-якого вузла камери до температури, при якій тиск пари її матеріалу може призвести до забруднення кристала. Як правило, деталі камери, що найбільш сильно нагріваються, мають водяне охолодження, а між нагрівачем і стінками камери встановлюють теплові екрани.

Для розплавлення матеріалу завантаження використовують головним чином високочастотне індукційне або резистивне нагрівання. Індукційне нагрівання застосовують при малому обсязі завантаження, а резистивний-виключно у великих ростових установках. Резистивні нагрівачі при рівні потужності близько кількох десятків кіловат зазвичай менші за розміром, дешевші, легші у виготовленні та ефективніші. Вони являють собою графітовий нагрівач, з’єднаний з джерелом постійної напруги.

Механізм витягування кристала.

Механізм витягування кристала повинен з мінімальною вібрацією та високою точністю забезпечити реалізацію двох параметрів процесу зростання:

  • -швидкості витягування;
  • -Швидкості обертання кристала.

Затравальний кристал виготовляється з точною (у межах встановленого допуску)орієнтацією, тому тримач затравки та механізм витягування повинні постійно утримувати його перпендикулярно поверхні розплаву.

Напрямні гвинти часто використовуються для підйому та обертання зливка. Цей метод дозволяє безпомилково центрувати кристал щодо тигля, проте при вирощуванні злитків великої довжини може бути необхідною занадто велика висота установки. Тому, коли підтримка необхідної точності при вирощуванні довгих зливків не забезпечується гвинтовим пристроєм, доводиться застосовувати багатожильні троси. У цьому випадку центрування положення монокристалу та тигля утруднене.

Більше того, у процесі намотування троса можливе виникнення маятникового ефекту. Проте застосування тросів забезпечує плавне витягування зливка з розплаву, а за умови їх намотування на барабан висота установок значно зменшується. Кристал виходить з високотемпературної зони через систему продування, де газовий потік-у разі якщо вирощування проводитися в газовій атмосфері-рухається вздовж поверхні зливка, приводячи до його охолодження.

З системи продування злиток потрапляє у верхню камеру, яка зазвичай відокремлена від високотемпературної зони ізолюючим клапаном.

Пристрій для керування складом атмосфери.

Зростання монокристалу за методом Чохральського повинно проводитися в інертному середовищі або вакуумі, що спричинено такими причинами:

1) Нагріті графітові вузли повинні бути захищені від дії кисню для запобігання ерозії;

2) Газова атмосфера має вступати у хімічну реакцію з розплавом кремнію.

Вирощування кристалів у вакуумі задовольняє зазначеним вимогам і, крім того, має ряд переваг, зокрема сприяє видаленню з системи моноокису кремнію, тим самим запобігає її осадження на стінках камери. При вирощуванні в газовій атмосфері найчастіше використовують інертні гази: аргон і гелій.

Інертні гази можуть перебувати при атмосферному або зниженому тиску. У промисловому виробництві для цього використовуються аргон що пояснюється його низькою вартістю.

Оптимальна витрата газу становить 1500л на 1кг вирощеного кремнію. Аргон надходить у камеру при випаровуванні з рідкого джерела і повинен відповідати вимогам високої чистоти щодо вмісту вологи, вуглеводнів та інших домішок.

Блок керування.

Блок управління може включати різні прилади. Він призначений для контролю та керування такими параметрами процесу, як температура, діаметр кристала, швидкість витягування та швидкість обертання. Контроль може проводитися по замкнутому або розімкнутому контуру. Параметри, що включають швидкості витягування та обертання, мають велику швидкість відгуку і найчастіше контролюються за принципом замкнутого контуру із зворотним зв’язком.

Велика теплова маса зазвичай вимагає короткочасного контролю температури. Наприклад, для контролю діаметра зростаючого кристала інфрачервоний датчик температури може бути сфокусований на межі розділу фаз розплавмонокристал і використаний для визначення температури меніска. Вихід датчика пов’язаний з механізмом пристрою, що витягує, і контролює діаметр зливка шляхом зміни швидкості витягування. Найбільш перспективними керуючими є цифрові мікропроцесорні системи. Вони дозволяють зменшити безпосередню участь оператора у процесі вирощування та дають можливість організувати програмне управління багатьма етапами технологічного процесу.

Схема установки вирощування кристалів.

Реферат - Монокристалічний Si - скачати безкоштовно

1.затравальний шток

2.верхній кожух

3.ізолюючий клапан

4.газовий вхід

5.тримач затравки та затравка

6.камера високотемпературної зони

7.розплав

8.тигель

9.вихлоп

10.вакуумний насос

11. пристрій обертання та підйому тигля

12.система контролю та джерело енергії

13.датчик температури

14.п’єдестал

15.нагрівач

16.ізоляція

17.труба для продування

18.оглядове вікно

19.датчик для контролю діаметра зростаючого зливка.

Список літератури:

1. Технологія НВІС під редакцією С.ЗІ., МОСКВА «СВІТ»1986

2. Обладнання напівпровідникового виробництва Млинців, Кожитов, «МАШИНОБУДУВАННЯ» 1986

3. Навчально-дослідницька робота на тему: «Вирощування монокристалів методом Чохральського» ст.пр. Каменєв А.Б. студ.гр.Е-92 Васильєв А.Є. Москва,1996

© Реферат плюс



Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *