твием центробежных сил и электродинамического давления на зону расплава, оно приводит к нарушению симметричности зоны расплава и значительно снижает устойчивость роста бездислокационных монокристаллов.

Среда выращивания (вакуум, инертный газ - аргон, водород, смесь водорода и аргона) играет важную роль при выращивании бездислокационных монокристаллов. Практика выращивания бездислокационных монокристаллов кремния показывает, что при использовании вакуума добиться достаточно высокого выхода в готовую продукцию можно

319

очищенный в специальных установках. Аргон имеет меньшее

пробивное напряжение, чем

водород, но, являясь инертным

по отношению к кремнию, он

практически не растворяется

в расплавленной зоне и позволяет выращивать плотные, без

газовых включений монокристаллы. .

При выращивании в среде аргона {и в вакууме! важным является предотвращение электрического разряда на токоподводах индуктора. Возникновение электрического разряда в процессе плавки создает аварийную ситуацию, в результате такого разряда возможно появление загрязнения из материала иядуктора в растущем монокристалле до 1014-1015 ат/смэ [243]. Эту особенность плавки в атмосфере аргона следует учитывать при разработке высокочастотных генераторов, индукционных систем и при текущих ремонте и наладке генераторов.

Применение газовой среды при выращивании монокристаллов приводит к повышению градиентов температуры в кристалле. Это связано с увеличением теплоотвода от кристалла за счет теплопроводности и конвекции газа внутри камеры. Увеличивая градиент температуры в выращиваемом монокристалле, можно повысить максимальную скорость выращивания (см. рис. 117). На практике для ускорения охлаждения специально обдувают монокристалл защитным газом , обеспечивая этим увеличение его скорости выращивания.

Как уже указывалось, в бездислокационных монокристаллах, выращиваемых бестигельной зонной плавкой, были обнаружены структурные микродефекты. Характер распределения микродефектов А- и В-типов зависит от технологических параметров роста (скорости выращивания v и скорости вращения монокристалла ы). Шаг полос микродефектов обычно связан с распределением примесей и может быть определен из выражения: л ? v/u. Как показано в работе [244], подбором соответствующих условий роста можно добиться равномерного распределения микродефектов, если в процессе роста будет выполняться соотношение: v/to < ifli/C , где N - количество атомов примеси в

321

Рис. 150. Осевой градиент температуры ДТ и мини- Ути, К/мин

мальная скорость охлаждения тохП> обеспечивающие получение монокристаллов без свнрл-дефектов

120 130ЛТ,К/см

При производстве бездислокационных монокристаллов заданной марки с помощью измерительных приборов (например, оптических пирометров) определяют температурный градиент в выращиваемом монокристалле и по графику (см. рис. 150) вычисляют необходимую скорость выращивания. Это обеспечивает получение монокристаллов без свирл-дефектов. Вырастить бездислокационные монокристаллы без микродефектов D-типа в промышленных условиях пока не удается. По-видимому, этого можно будет добиться, уменьшив содержание углерода и кислорода в монокристаллах [72].

Методы легирования

Монокристаллы кремния должны иметь заданные электрофизические свойства: тип и величину электропроводности, однородность ее распределения (разброс), THJI3. Тип и величину электропроводности обеспечивают, вводя в выращиваемый монокристалл легирующие элементы (в основном бор или фосфор).

При бестигельной зонной плавке применяют следующие методы легирования: через подложку; твердой лигатурой; газового легирования при выращивании в вакууме и в газовой среде; нейтронно-трансмута-ционного легирования.

При легировании через подложку осаждение кремния в процессе водородного восстановления хлорсиланов проводят на пруток-подложку, содержащий заданное количество легирующей примеси (с учетом, естественно, осаждаемого чистого слоя). В процессе бестигельной зонной плавки легирующая примесь из прутка-подложки переходит в зону расплава и распределяется по всему объему монокристалла. Концентрация легирующей примеси в прутке-подложке для достижения заданного уровня примеси в выращиваемом монокристалле определяется из соотношения:

CJC0 = cPID2,

где Ct и С0 - заданная концентрация примеси в монокристалле и концентрация примеси в прутке-подложке, ат/см3; d и D - диаметры

323

прутка-подложки и поликристаллического стержня кремния, полученного водородным восстановлением хлорсиланов, мм.

При легировании бором через пруток-подложку получаются наилучшие результаты, так как в процессе плавки перераспредегения и испарения примеси практически не происходит. При легировании ф "ро-ром задача усложняется из-за малого коэффициента распределчпга примесей (к0 = 0,35) и интенсивного испарения фосфора из зоны расплава (при плавке в вакууме).

При легировании твердой лигатурой навески чистого легирую- tero элемента или лигатуры (сплав кремния с легирующим элемег ом) специальной формы помещаю