現在、シリコン材料は、半導体と太陽エネルギーの分野で依然として主要な位置を占めています。 科学と技術の発展に伴い、集積回路と太陽電池の製造プロセスは、シリコン材料に対する新しい要件を提唱しています。 大口径で高品質なシリコン単結晶の育成技術は、半導体材料や太陽エネルギーの分野で研究開発のホットスポットとなっています。 シリコン単結晶の直径が大きくなると、供給量が増加し、それに応じてるつぼの直径と熱場のサイズも大きくなり、必然的に融液内の熱対流が強化されます。 従来のチョクラルスキー法で結晶を育成する場合、融液に渦電流が発生しやすく、固液界面の形状、温度勾配、酸素濃度分布の均一性を制御することが難しく、達成が難しい点欠陥のバランス。 チョクラルスキー成長単結晶に磁場を適用すると、熱対流を効果的に抑制し、不純物含有量を均一に分散させ、結晶品質を大幅に向上させることができます。PAM-XIAMEN は、磁性チョクラルスキー (MCZ) シリコンウェーハを供給できます。 MCZ シリコンウェーハの詳細については、こちらを参照してください。https://www.powerwaywafer.com/pam-xiamen-offers-mcz-silicon-ingot-and-silicon-wafer.html.
1. 磁気チョクラルスキー法
磁場方向が成長軸に平行か成長軸に垂直かによって、対応する縦磁場法と横磁場法がある。 これらの 2 つの磁場の固有の欠点を克服するために、カスプ磁場などのさまざまな不均一に分布した磁場も開発されています。 磁気チョクラルスキー法は次のとおりです。
1.1 横磁場法
単結晶炉は横磁場の2つの磁極の間に配置され、磁力線は単結晶炉内のシリコン単結晶溶融物を横切るように平行です。つまり、磁力線は半径方向に平行です図 1 に示すように、横方向の磁場が形成されます。横方向の磁場は、結晶の酸素含有量と汚染を減らすことができることがわかりました。より大きなメルトでの結晶成長中のるつぼ内の不純物によって引き起こされます。
図1 横磁場の模式図
横磁場(水平磁場)方式では、軸方向および磁場方向に垂直な融液内の融液対流は抑制され、磁場方向に平行な融液対流は影響を受けません。 横磁場印加チョクラルスキー法は、通常のチョクラルスキー法より酸素含有量が少なく、径方向の均一性に優れたシリコン単結晶が得られますが、融液表面のマランゴニ対流を抑制することはできません。
1.2 縦磁場法
単結晶炉の炉室外にソレノイドを巻くことにより、横磁場よりも低コストで縦磁場(垂直磁場)を形成することができる。 回路図を図 2 に示します。
図2 縦磁場の模式図
3.5kgの融液から成長した単結晶シリコン中の酸素とリンの半径方向分布に対する100mTの軸方向磁場の影響が報告されており、半径方向の抵抗率の均一性が減少する一方で、酸素含有量が軸方向に増加することがわかりました. 軸方向の抵抗率の均一性が増し、結晶の端で回転フリンジが増します。
縦磁場では、放射状のメルト対流は抑制されますが、軸方向のメルト対流は影響を受けません。 石英るつぼの底から結晶/溶融シリコン界面への直接的な酸素輸送があり、結晶中の酸素含有量を制御することは困難です。 縦磁気チョクラルスキー技術によって成長した結晶内のドーパントの半径方向分布は、より不均一であり、酸素含有量は、磁場がない場合よりも高くなります。 さらに、結晶/溶融シリコン界面での溶融対流が抑制されます。
1.3 カスプ磁場法
適用される上記の 2 つのチョクラルスキー磁場の制限を克服するために、さまざまな不均一な磁場が開発されました。その 1 つがカスプ磁場です (図 3 を参照)。 この磁場システムは、結晶と同軸の 2 組の並列超伝導コイルで構成されています。 2つのコイルは反対方向に電流を流し、2組のコイルの中央に「鋭角」対称分布磁場を形成し、シリコン単結晶の成長中の固液界面が対称面に位置するようにします。 2セットのコイルの間。 大型の単結晶磁気チョクラルスキー炉に鋭角磁場装置を設置するのは比較的簡単です。 理論と実験の両方で、低磁場では酸素含有量が急速に減少することが示されています。
図3 カスプ磁場の模式図
カスプ磁場を用いた磁気チョクラルスキー成長システムでは、結晶/溶融シリコン界面は、2つのコイル巻線によって生成された対称的に分布した磁場の対称面にあります。 したがって、磁気チョクラルスキー結晶成長プロセス中、結晶/溶融シリコン界面での磁場強度は非常に小さく、結晶回転によって引き起こされる強制対流に対する阻害効果は小さく、表面上の境界層の厚さは減少します。固液界面はそれに対応して小さい。
カスプ磁場の分布特性は、石英るつぼの内面付近の磁場強度が石英るつぼの表面に垂直であるため、るつぼ壁付近の熱対流が減少し、境界層と厚さが減少することです。石英るつぼ壁近くの溶融シリコンが増加します。 るつぼの腐食速度が低下します。 るつぼ内の溶融シリコンは一般に強い磁場下にあり、るつぼ内の溶融対流の強度が低下し、石英るつぼの底から結晶界面への直接的な酸素輸送はありません。
2. 磁性チョクラルスキー技術の利点
CZ 法と比較して、MCZ 法には次の利点があります。
1) 酸素濃度を広範囲(2~20PPm)で制御できます。
2) 酸素および他の不純物は均等に配られます;
3) 結晶欠陥の確率が小さい。
4) 熱応力による反りが小さい。
3. CZおよびMCZシリコンウェーハの応用
大型の重/軽ドープチョクラルスキーシリコン単結晶ウェーハは、フラットショルダー拡張と高速引き上げによって調製され、酸素と炭素の含有量が低く、少数キャリアの寿命が長く、さまざまな集積回路、ダイオード、三極管、グリーンの製造に適していますエネルギー太陽電池など。ガリウム(Ga)やゲルマニウム(Ge)などの特殊元素をドープして、特殊デバイスに必要な高効率、耐放射線性、耐崩壊性を備えた太陽電池材料を製造できます。
ただし、酸素含有量が低く、磁気チョクラルスキー法によって成長した抵抗率の均一性が高いシリコンウェーハは、さまざまな集積回路デバイス、さまざまなディスクリートデバイス、および低酸素太陽電池用のシリコン材料の製造に適しています。
全体として、MCZ シリコンの用途は CZ シリコンとほとんど同じですが、MCZ シリコンの性能は CZ シリコンより優れています。
詳細については、メールでお問い合わせください。 victorchan@powerwaywafer.com と powerwaymaterial@gmail.com.