В настоящее время кремниевые материалы по-прежнему занимают важное место в области полупроводников и солнечной энергетики. С развитием науки и техники процесс производства интегральных схем и солнечных элементов выдвинул новые требования к кремниевым материалам. Технология выращивания высококачественных монокристаллов кремния большого диаметра стала центром исследований и разработок в области полупроводниковых материалов и солнечной энергетики. При увеличении диаметра монокристалла кремния увеличится количество подаваемого материала, а соответственно увеличатся диаметр тигля и величина теплового поля, что неизбежно приведет к усилению тепловой конвекции в расплаве. При выращивании кристалла традиционным методом Чохральского расплав подвержен вихревым течениям, трудно контролировать форму границы раздела твердое тело-жидкость, температурный градиент и равномерность распределения концентрации кислорода, трудно добиться Баланс точечных дефектов. Применение магнитного поля к монокристаллу, выращенному методом Чохральского, может эффективно подавлять тепловую конвекцию, равномерно распределять содержание примесей и значительно улучшать качество кристалла.PAM-XIAMEN может поставлять магнитные кремниевые пластины Чохральского (MCZ). Подробнее о наших кремниевых пластинах MCZ см.https://www.powerwaywafer.com/pam-xiamen-offers-mcz-silicon-ingot-and-silicon-wafer.html.
1. Магнитные методы Чохральского
В зависимости от того, является ли направление магнитного поля параллельным оси роста или перпендикулярным оси роста, существуют соответствующие метод продольного магнитного поля и метод поперечного магнитного поля. Чтобы преодолеть присущие этим двум магнитным полям недостатки, также были разработаны различные неравномерно распределенные магнитные поля, такие как остроконечное магнитное поле. Магнитный метод Чохральского заключается в следующем:
1.1 Метод поперечного магнитного поля
Монокристаллическая печь расположена между двумя магнитными полюсами поперечного магнитного поля, а силовые линии магнитного поля параллельны пересечению расплава монокристалла кремния в монокристаллической печи, то есть силовые линии магнитного поля параллельны радиальному направлению. из монокристалла, и линии магнитного поля проходят через корпус печи, образуя магнитное поле. Формируется поперечное магнитное поле, как показано на рисунке 1. Было обнаружено, что поперечное магнитное поле может уменьшить содержание кислорода в кристаллах и загрязнение вызванные примесями в тигле при выращивании кристаллов в более крупных расплавах.
Рис.1 Схематическая диаграмма поперечного магнитного поля
В системе поперечного магнитного поля (горизонтального магнитного поля) конвекция расплава в расплаве в осевом направлении и перпендикулярно направлению магнитного поля подавляется, в то время как конвекция расплава, параллельная направлению магнитного поля, не затрагивается. Поперечное магнитное поле, приложенное Чохральским, может получить монокристалл кремния с более низким содержанием кислорода и лучшей радиальной однородностью, чем обычный метод Чохральского, но оно не может препятствовать конвекции Марангони на поверхности расплава.
1.2 Метод продольного магнитного поля
Путем намотки соленоида вне топочной камеры монокристаллической печи можно сформировать продольное магнитное поле (вертикальное магнитное поле) с меньшими затратами, чем поперечное магнитное поле. Схематическая диаграмма показана на рисунке 2.
Рис.2 Схематическая диаграмма продольного магнитного поля
Сообщается, что влияние аксиального магнитного поля 100 мТл на радиальное распределение кислорода и фосфора в монокристаллическом кремнии, выращенном из расплава массой 3,5 кг, показало, что содержание кислорода увеличивается в осевом направлении, а однородность радиального сопротивления уменьшается. . Однородность сопротивления в осевом направлении увеличивается, а на краю кристалла увеличиваются вращательные полосы.
В продольном магнитном поле радиальная конвекция расплава подавляется, но не затрагивается осевая конвекция расплава. Существует прямой перенос кислорода со дна кварцевого тигля на границу раздела кристалл/расплавленный кремний, что затрудняет контроль содержания кислорода в кристалле. Радиальное распределение легирующих примесей в кристаллах, выращенных продольным магнитным методом Чохральского, более неоднородно, а содержание кислорода выше, чем без магнитного поля; кроме того, подавляется конвекция расплава на границе раздела кристалл/плавленый кремний.
1.3 Метод острого магнитного поля
Чтобы преодолеть ограничения, связанные с двумя указанными выше магнитными полями Чохральского, были разработаны различные неоднородные магнитные поля, одним из которых является остроконечное магнитное поле (как показано на рисунке 3). Эта система магнитного поля состоит из двух наборов параллельных сверхпроводящих катушек, соосных с кристаллом. Две катушки пропускают токи в противоположных направлениях, образуя «остроугольное» симметрично распределенное магнитное поле в середине двух наборов катушек, так что граница раздела твердое тело-жидкость во время роста монокристалла кремния расположена на плоскости симметрии. между двумя наборами катушек. Относительно просто установить оборудование с остроугольным магнитным полем в большой монокристаллической магнитной печи Чохральского. Как теория, так и эксперимент показывают, что содержание кислорода быстро уменьшается при слабых магнитных полях.
Рис.3 Схематическая диаграмма острого магнитного поля
В магнитной системе выращивания по методу Чохральского, использующей остроконечное магнитное поле, граница раздела кристалл/плавленый кремний находится в плоскости симметрии симметрично распределенного магнитного поля, создаваемого двумя обмотками катушки. Следовательно, в процессе выращивания магнитного кристалла Чохральского напряженность магнитного поля на границе раздела кристалл/расплавленный кремний очень мала, и эффект торможения вынужденной конвекции, вызванной вращением кристалла, невелик, а толщина пограничного слоя на граница раздела твердое тело-жидкость соответственно мала.
Характеристика распределения острого магнитного поля заключается в том, что напряженность магнитного поля вблизи внутренней поверхности кварцевого тигля перпендикулярна поверхности кварцевого тигля, поэтому тепловая конвекция вблизи стенки тигля уменьшается, а пограничный слой и толщина расплавленного кремния вблизи стенки кварцевого тигля увеличиваются. Скорость коррозии тигля снижается. Расплавленный кремний в тигле, как правило, находится под действием сильного магнитного поля, сила конвекции расплава в тигле снижается, прямой перенос кислорода со дна кварцевого тигля на поверхность кристалла отсутствует.
2. Преимущества магнитной технологии Чохральского
По сравнению с методом CZ метод MCZ имеет следующие преимущества:
1) Концентрацию кислорода можно регулировать в широком диапазоне (2-20ppm);
2) кислород и другие примеси распределяются равномерно;
3) вероятность дефектов кристалла мала;
4) Деформация, вызванная термическим напряжением, невелика.
3. Применение кремниевых пластин CZ и MCZ
Монокристаллическая пластина кремния Чохральского большого размера с тяжелым/слабым легированием, полученная путем расширения плоских плеч и высокой скорости вытягивания, имеет низкое содержание кислорода и углерода и длительный срок службы неосновных носителей и подходит для производства различных интегральных схем, диодов, триодов, зеленых энергетические солнечные элементы и т. д. Специальные элементы, такие как галлий (Ga) и германий (Ge), могут быть легированы для производства материалов для солнечных элементов с высокой эффективностью, радиационной стойкостью и защитой от распада, необходимых для специальных устройств.
Однако кремниевые пластины с низким содержанием кислорода и высокой однородностью удельного сопротивления, выращенные магнитным процессом Чохральского, подходят для производства различных устройств с интегральными схемами, различных дискретных устройств и кремниевых материалов для солнечных элементов с низким содержанием кислорода.
В целом, применение кремния MCZ почти аналогично кремнию CZ, но характеристики кремния MCZ лучше, чем кремния CZ.
Для получения дополнительной информации, пожалуйста, свяжитесь с нами по электронной почте по адресуvictorchan@powerwaywafer.com и powerwaymaterial@gmail.com.