Silício de Cristal Único: Crescimento e Propriedades

Fonte:https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-319-48933-9_13

CZ MCZ Single crystal

O silício, que foi e continuará a ser o material dominante na indústria de semicondutores por algum tempo [13.1], nos levará à era da integração em escala ultra grande (ULSI) e à era do chip do sistema (SOC).

Conforme os dispositivos eletrônicos se tornaram mais avançados, o desempenho dos dispositivos tornou-se mais sensível à qualidade e às propriedades dos materiais usados para construí-los.

Germânio (Ge) foi originalmente utilizado como material semicondutor para dispositivos eletrônicos de estado sólido. No entanto, o estreito intervalo de banda (0,66 eV) de Ge limita a operação de dispositivos baseados em germânio a temperaturas de aproximadamente 90∘C por causa das consideráveis correntes de fuga observadas em altas temperaturas. O bandgap mais amplo do silício (1,12 eV), por outro lado, resulta em dispositivos eletrônicos capazes de operar em até $\approx 200^{\circ} C$ . No entanto, há um problema mais sério do que o estreito gap: o germânio não fornece uma camada de passivação astável na superfície. Por exemplo, dióxido de germânio (GeO2) é solúvel em água e se dissocia em aproximadamente 800∘C. O silício, em contraste com o germânio, acomoda prontamente a passivação da superfície formando dióxido de silício (SiO2), que fornece um alto grau de proteção ao dispositivo subjacente. Este SiO estável2camada resulta em uma vantagem decisiva para o silício sobre o germânio como o material semicondutor básico usado na fabricação de dispositivos eletrônicos. Essa vantagem levou a uma série de novas tecnologias, incluindo processos para dopagem por difusão e definição de padrões complexos. Outras vantagens do silício são que ele é completamente atóxico e que a sílica (SiO2), a matéria-prima a partir da qual o silício é obtido, compreende aproximadamente 60%do conteúdo mineral da crosta terrestre. Isso implica que a matéria-prima a partir da qual o silício é obtido está disponível em abundância para o circuito integrado (IC) indústria. Além disso, o silício de grau eletrônico pode ser obtido por menos de um décimo do custo do germânio. Todas essas vantagens fizeram com que o silício substituísse quase completamente o germânio na indústria de semicondutores.

Embora o silício não seja a escolha ideal para todos os dispositivos eletrônicos, suas vantagens significam que ele certamente dominará a indústria de semicondutores por algum tempo.

13.1Visão geral

Interações muito frutíferas ocorreram entre os usuários e fabricantes de material semicondutor desde a invenção do transistor de ponto de contato em 1947, quando a necessidade deperfeito e purocristais foi reconhecido. A competição era muitas vezes tal que a qualidade do cristal exigida por novos dispositivos só poderia ser satisfeita controlando o crescimento do cristal por meio de equipamentos eletrônicos construídos com esses novos dispositivos. Uma vez que os cristais de silício livres de deslocamento foram cultivados já na década de 1960 usando oTécnica de traço[13.2], os esforços de pesquisa e desenvolvimento de materiais semicondutores têm se concentrado na pureza do material, rendimentos de produção e problemas relacionados à fabricação de dispositivos.

Dispositivos semicondutores e circuitos são fabricados usando uma ampla variedade de processos mecânicos, químicos, físicos e térmicos. Um diagrama de fluxo para processos de preparação de silício semicondutor típico é mostrado na Fig.13.1. A preparação de substratos monocristalinos de silício com superfícies polidas mecânica e quimicamente é a primeira etapa do longo e complexo processo de fabricação do dispositivo.

Fig. 13.1
Diagrama de fluxo para processos típicos de preparação de silício semicondutor. (Após[13.1])

Como observado acima, o silício é o segundo elemento mais abundante na Terra; mais de 90%da crosta terrestre é composta de sílica e silicatos. Dado esse suprimento ilimitado de matéria-prima, o problema é transformar o silício no estado utilizável exigido pela tecnologia de semicondutores. O primeiro e principal requisito é que o silício usado para dispositivos eletrônicos seja extremamente puro, uma vez que quantidades muito pequenas de algumas impurezas têm forte influência nas características eletrônicas do silício e, portanto, no desempenho do dispositivo eletrônico. O segundo requisito é para cristais de grande diâmetro, uma vez que o rendimento do chip por bolacha aumenta substancialmente com diâmetros maiores, como mostrado na Fig.13.2para o caso de DRAM [13.3], um dos dispositivos eletrônicos mais comuns. Além da pureza e do diâmetro, o custo de produção e as especificações do material, incluindo a densidade do defeito crescente e a homogeneidade resistiva, devem atender às demandas industriais atuais.

Fig. 13.2
Chips por wafer em função da geração de DRAM. (Após[13.3])

Neste capítulo, as abordagens atuais para a preparação de silício - convertendo a matéria-prima em silício monocristalino (ver Fig.13.1)- são discutidos.

13.2Materiais de Partida

13.2.1Silício de grau metalúrgico

O material de partida para cristais únicos de silício de alta pureza é a sílica (SiO2) A primeira etapa na fabricação de silício é a fusão e redução da sílica. Isso é feito misturando sílica e carbono na forma de carvão, coque ou aparas de madeira e aquecendo a mistura a altas temperaturas em um forno a arco com eletrodo submerso. Esta redução carbotérmica de sílica produz silício fundido

S i O_{2} + 2C \to Si + 2CO .

(13.1) Uma série de reações Acomplex realmente ocorrem no forno em temperaturas que variam de 1500 a 2000∘C. Os pedaços de silício obtidos a partir deste processo são chamados de silício de grau metalúrgico (MG-Si), e sua pureza é de cerca de 98-99%.

13.2.2Silício policristalino

Compostos Químicos Intermediários

A próxima etapa é purificar o MG-Si até o nível de silício de grau semicondutor (SG-Si), que é usado como material de partida para o silício monocristalino. O conceito básico é que o MG-Si em pó reage com HCl anidro para formar vários compostos de clorosilano em um reator de leito afluidado. Em seguida, os silanos são purificados por destilação e deposição química de vapor (CVD) para formar polissilício SG.

Vários compostos químicos intermediários foram considerados, como o monossilano (SiH4), tetracloreto de silício (SiCl4), triclorosilano (SiHCl3) e diclorossilano (SiH2Cl2) Entre estes, o triclorossilano é mais comumente usado para a deposição de polissilício subsequente pelas seguintes razões:

1.
Pode ser facilmente formado pela reação de cloreto de hidrogênio anidro com MG-Si em temperaturas razoavelmente baixas (200-400∘C).
2.
É líquido à temperatura ambiente, portanto a purificação pode ser realizada usando técnicas de destilação padrão.
3.
É fácil de manusear e pode ser armazenado em tanques de aço carbono quando seco.
4.
O triclorossilano líquido é facilmente vaporizado e, quando misturado ao hidrogênio, pode ser transportado em siderúrgicas.
5.
Pode ser reduzido à pressão atmosférica na presença de hidrogênio.
6.
Sua deposição pode ocorrer sobre o silício aquecido, eliminando a necessidade de contato com quaisquer superfícies estranhas que possam contaminar o silício resultante.
7.
Ele reage a temperaturas mais baixas (1000-1200∘C) e em taxas mais rápidas do que o tetracloreto de silício.

Hidrocloração de Silício

O triclorosilano é sintetizado por aquecimento de MG-Si em pó a cerca de 300∘C em reator de leito afluidizado. Ou seja, MG-Si é convertido em SiHCl3de acordo com a seguinte reação

Si + 3HCl \to S i H C l_{3} + H_{2} .

(13.2) A reação é altamente exotérmica e, portanto, o calor deve ser removido para maximizar o rendimento de triclorossilano. Ao converter MG-Si em SiHCl3, várias impurezas, como Fe, Al e B são removidas, convertendo-as em seus haletos (FeCl3, AlCl3, e BCl3, respectivamente), e subprodutos como SiCl4e H2também são produzidos.

Destilação e decomposição de triclorosilano

A destilação tem sido amplamente usada para purificar o triclorosilano. O triclorossilano, que tem baixo ponto de ebulição (31,8∘C), é destilada fracionadamente a partir dos haletos impuros, resultando em pureza muito aumentada, com uma concentração de impureza eletricamente ativa de menos de 1 ppba. O triclorossilano de alta pureza é então vaporizado, diluído com hidrogênio de alta pureza e introduzido no reator de deposição. No reator, hastes finas de silício chamadas hastes finas suportadas por eletrodos de grafite estão disponíveis para deposição de superfície de silício de acordo com a reação

S i H C l_{3} + H_{2} \to Si + 3HCl .

(13.3) Além dessa reação, a seguinte reação também ocorre durante a deposição de polissilício, resultando na formação de tetracloreto de silício (o principal subproduto do processo)

HCl + S i H C l_{3} \to S i C l_{4} + H_{2} .

(13.4) Este tetracloreto de silício é usado para produzir quartzo de alta pureza, por exemplo.

Desnecessário dizer que a pureza das hastes delgadas deve ser comparável à do silício depositado. As hastes finas são pré-aquecidas a aproximadamente 400∘C no início do processo CVD de silício. Este pré-aquecimento é necessário para aumentar a condutividade das hastes finas de alta pureza (alta resistência) o suficiente para permitir o aquecimento resistivo. Depositar por 200-300 h por volta de 1100∘C resulta em hastes de polissilício de alta pureza de 150–200 mm de diâmetro. As hastes de polissilício são moldadas em várias formas para processos de crescimento de cristal subsequentes, como pedaços para crescimento de fusão de Czochralski e hastes cilíndricas longas para crescimento de zona flutuante. O processo para reduzir o triclorossilano em uma haste de silício aquecido usando hidrogênio foi descrito no final da década de 1950 e início da década de 1960 em uma série de patentes de processo atribuídas à Siemens; portanto, esse processo é frequentemente chamado deMétodo Siemens[13.4].

As principais desvantagens do método Siemens são sua baixa eficiência de conversão de silício e cloro, tamanho de lote relativamente pequeno e alto consumo de energia. As baixas eficiências de conversão de silício e cloro estão associadas ao grande volume de tetracloreto de silício produzido como subproduto no processo CVD. Apenas cerca de 30%do silício fornecido na reação CVD é convertido em polissilício de alta pureza. Além disso, o custo de produção de polissilício de alta pureza pode depender da utilidade do subproduto, SiCl4.

Processo Monosilano

A tecnologia de produção Apolysilicon baseada na produção e pirólise do monossilano foi estabelecida no final dos anos 1960. O monossilano potencialmente economiza energia porque deposita polissilício em uma temperatura mais baixa e produz polissilício mais puro do que o processo de triclorossilano; no entanto, dificilmente tem sido usado devido à falta de uma rota econômica para o monossilano e devido a problemas de processamento na etapa de deposição [13.5] No entanto, com o recente desenvolvimento de rotas econômicas para silano de alta pureza e a operação bem-sucedida de plantas em grande escala, essa tecnologia atraiu a atenção da indústria de semicondutores, que requer silício de maior pureza.

Nos processos industriais atuais de monossilano, o pó de magnésio e MG-Si é aquecido a 500∘C sob atmosfera de hidrogênio, a fim de sintetizar siliceto de magnésio (Mg2Si), que é então feito reagir com cloreto de amônio (NH4Cl) em amônia líquida (NH3) abaixo de 0∘C para formar monossilano (SiH4) O polissilício de alta pureza é então produzido por meio da pirólise do monossilano em filamentos de polissilício aquecidos resistivamente em 700-800∘C. No processo de geração de monossilano, a maioria das impurezas de boro são removidas do silano por meio de reação química com NH3. O conteúdo de Aboron de 0,01–0,02 ppba em polissilício foi alcançado usando o processo de amonossilano. Esta concentração é muito baixa em comparação com a observada no polissilício preparado a partir do triclorossilano. Além disso, o polissilício resultante é menos contaminado com metais coletados por meio de processos de transporte químico, porque a decomposição do monossilano não causa problemas de corrosão.

Deposição de polissilício granular

Um processo significativamente diferente, que usa a decomposição de monossilano em um reator de deposição de leito afluidizado para produzir polissilício granular de fluxo livre, foi desenvolvido [13.5] Minúsculas partículas de sementes de silício são fluidizadas em mistura de amonosilano ∕ hidrogênio e polissilício é depositado para formar partículas esféricas de fluxo livre que têm uma média de 700 μm de diâmetro com uma distribuição de tamanho de 100-1500 μm. As sementes de leito fluidizado foram originalmente feitas moendo SG-Si em um moinho de aço ou martelo e lixiviando o produto com ácido, peróxido de hidrogênio e água. Esse processo era demorado e caro, e tendia a introduzir impurezas indesejáveis no sistema por meio dos trituradores de metal. No entanto, em um novo método, grandes partículas de SG-Si são disparadas umas contra as outras por um fluxo de gás de alta velocidade, fazendo com que se quebrem em partículas de tamanho adequado para o leito fluidizado. Este processo não introduz materiais estranhos e não requer lixiviação.

Devido à maior área de superfície do polissilício granular, os reatores de leito fluidizado são muito mais eficientes do que os reatores de haste do tipo Siemens tradicionais. A qualidade do polissilício de leito fluidizado demonstrou ser equivalente ao polissilício produzido pelo método mais convencional da Siemens. Além disso, o polissilício granular de forma fluida e alta densidade a granel permite que os produtores de cristal obtenham o máximo de cada ciclo de produção. Ou seja, no processo de crescimento do cristal Czochralski (consulte a seção a seguir), os cadinhos podem ser enchidos de forma rápida e fácil para cargas uniformes que normalmente excedem aquelas de pedaços de polissilício empilhados aleatoriamente produzidos pelo método Siemens. Se também considerarmos o potencial da técnica para passar da operação em lote para a extração contínua (discutido mais tarde), podemos ver que os grânulos de polissilício de fluxo livre podem fornecer a rota vantajosa de alimentação uniforme em fusão em estado estável. Este produto parece ser um material inicial revolucionário de grande promessa para o crescimento de cristais de silício.

13.3Crescimento de Cristal Único

Embora várias técnicas tenham sido utilizadas para converter polissilício em cristais únicos de silício, duas técnicas dominaram a produção deles para a eletrônica porque atendem aos requisitos da indústria de dispositivos microeletrônicos. Um é o método de fusão de azona comumente chamado dezona flutuante (FZ) método, e o outro é um método tradicionalmente chamado deCzochralski (CZ) método, embora deva realmente ser chamado deMétodo Teal-Little. Os princípios por trás desses dois métodos de crescimento de cristal são descritos na Fig.13.3. No método FZ, a zona amolten é passada através de uma haste deolisilício para convertê-la em um lingote de cristal único; no método CZ, um único cristal é cultivado puxando-se do amelt contido no cadinho aquartz. Em ambos os casos, ocristal de sementedesempenha um papel muito importante na obtenção de um único cristal com uma orientação cristalográfica desejada.

Fig. 13.3a,b — Fig. 13.3a, b
Princípios de crescimento de cristal único por (a) método de zona flutuante e (b) Método de Czochralski. (Após[13.1])

Estima-se que cerca de 95%de todo o silício monocristalino é produzido pelo método CZ e o restante principalmente pelo método FZ. A indústria de semicondutores de silício requer alta pureza e concentrações mínimas de defeitos em seus cristais de silício para otimizar o rendimento da fabricação do dispositivo e o desempenho operacional. Esses requisitos estão se tornando cada vez mais rigorosos à medida que a tecnologia muda de LSI para VLSI ∕ ULSI e, em seguida, SOC. Além da qualidade ou perfeição dos cristais de silício, o diâmetro do cristal também tem aumentado constantemente para atender às demandas dos fabricantes de dispositivos. Uma vez que os chips microeletrônicos são produzidos por meio de umsistema de lote, os diâmetros das pastilhas de silício usadas para a fabricação do dispositivo afetam significativamente a produtividade (como mostrado na Fig.13.2) e, por sua vez, o custo de produção.

Nas seções a seguir, primeiro discutiremos o método FZ e, em seguida, passaremos para o método CZ. Este último será discutido em mais detalhes devido à sua extrema importância para a indústria de microeletrônica.

13.3.1Método de Zona Flutuante

Observações Gerais

O método FZ originou-se da fusão por zona, que foi usado para refinar ligas binárias [13.6] e foi inventado porTheuerer[13.7] A reatividade do silício líquido com o material usado para o cadinho levou ao desenvolvimento do método FZ [13.8], que permite a cristalização do silício sem a necessidade de contato com o material do cadinho, necessário para o crescimento de cristais com a pureza semicondutora necessária.

Esboço do Processo

No processo FZ, uma haste de polissilício é convertida em um lingote de cristal único passando uma zona de amolten aquecida por uma bobina de olho de agulha de uma extremidade da haste para a outra, como mostrado na Fig.13.3uma. Primeiro, a ponta da haste de polissilício é contatada e fundida com um cristal de semente com a orientação de cristal desejada. Este processo é chamadosemeadura. A zona fundida semeada é passada através da haste de polissilício movendo simultaneamente a semente de cristal único para baixo na haste. Quando a zona fundida do silício solidifica, o polissilício é convertido em silício monocristalino com a ajuda do cristal semente. Conforme a zona viaja ao longo da haste de polissilício, o silício de cristal único congela em sua extremidade e cresce como uma extensão do cristal semente.

Após a semeadura, forma-se um pescoço athin com cerca de 2 ou 3 mm de diâmetro e 10–20 mm de comprimento. Este processo é chamadocarícias. O aneck crescente elimina deslocamentos que podem ser introduzidos no silício de cristal único recém-crescido durante a operação de semeadura devido ao choque térmico. Este processo de estreitamento, chamado deTécnica de traço[13.2], é, portanto, fundamental para o cultivo de cristais livres de deslocamento e é usado universalmente nos métodos FZ e CZ. Uma topografia de raios-X da semente, pescoço e parte cônica do monocristal de silício cultivado pelo método FZ é mostrado na Fig.13.4. É evidente que os deslocamentos gerados no contato de fusão são completamente eliminados por estrangulamento. Depois que a parte cônica é formada, o corpo principal com o diâmetro total do alvo é crescido. Durante todo o processo de crescimento FZ, a forma da zona fundida e o diâmetro do lingote são determinados ajustando a potência da bobina e a taxa de deslocamento, ambas sob controle do computador. A técnica mais comumente usada para controlar automaticamente o diâmetro nos métodos FZ e CZ emprega um sensor infravermelho focado no menisco. A forma do menisco em um cristal crescente depende de seu ângulo de contato na fronteira trifásica, do diâmetro do cristal e da magnitude da tensão superficial. Uma mudança no ângulo do menisco (e, portanto, no diâmetro do cristal) é detectada e a informação é realimentada para ajustar automaticamente as condições de crescimento.

Fig. 13.4
Topografia de raios-X de semente, colo e parte cônica de silício de zona flutuante. (Cortesia do Dr. T. Abe)

Em contraste com o crescimento do cristal CZ, no qual o cristal semente é mergulhado no fundido de silício e o cristal crescente é puxado para cima, no método FZ o cristal semente fino sustenta o cristal crescente, assim como a haste de polissilício da parte inferior (Fig.13.3) Como resultado, a haste é equilibrada precariamente na semente fina e no pescoço durante todo o processo de crescimento. A semente e o pescoço podem suportar acrstal de até 20 kg, desde que o centro de gravidade do cristal em crescimento permaneça no centro do sistema de crescimento. Se o centro de gravidade se afastar da linha central, a semente se quebrará facilmente. Conseqüentemente, foi necessário inventar uma técnica de estabilização e suporte de acrstal antes que os cristais de silício FZ longos e pesados pudessem crescer. Para cristais grandes, é necessário suportar o cristal em crescimento da maneira mostrada na Fig.13.5[13.9], particularmente no caso de cristais FZ recentes com grandes diâmetros (150–200 mm), uma vez que seus pesos facilmente excedem 20 kg.

Fig. 13.5
Sistema de suporte para cristal de silício de zona flutuante. (Após[13.9])

Doping

A fim de obter monocristais de silício do tipo n ou p com a resistividade necessária, o polissilício ou o cristal em crescimento deve ser dopado com o doador apropriado ou impurezas aceitadoras, respectivamente. Para o crescimento de silício FZ, embora várias técnicas de dopagem tenham sido tentadas, os cristais são tipicamente dopados pelo sopro de gás adotante, como a fosfina (PH3) para silício tipo n ou diborano (B2H6) para silício tipo p na zona de fusão. O gás dopante é geralmente diluído com um gás transportador, como o argônio. A grande vantagem desse método é que o fabricante do cristal de silício não precisa armazenar fontes de polissilício com resistividades diferentes.

Uma vez que a segregação (discutida na próxima subseção) de dopantes elementares para silício do tipo n é muito menor que a unidade, os cristais FZ dopados pelo método tradicional têm gradientes de dopante radial. Além disso, uma vez que a taxa de cristalização varia na direção radial na escala microscópica, as concentrações de dopante se distribuem ciclicamente e dão origem aos chamadosestriações dopantes, resultando em não homogeneidades de resistividade radial. A fim de obter silício tipo n dopado de maneira mais homogênea, dopagem por transmutação de nêutrons (NTD) foi aplicado a cristais de silício FZ [13.10] Este procedimento envolve a transmutação nuclear de silício em fósforo, bombardeando o cristal com nêutrons térmicos de acordo com a reação

^{30} S i (n, γ) \to^{31} S i \overset{2.6 h}{\to}^{31} P + β .

(13.5) O isótopo radioativo31Si é formado quando30O Si captura anêutron e então decai no isótopo estável31P (átomos doadores), cuja distribuição não depende dos parâmetros de crescimento do cristal. Imediatamente após a irradiação, os cristais exibem alta resistividade, o que é atribuído ao grande número de defeitos de rede decorrentes de danos por radiação. O cristal irradiado, portanto, deve ser recozido em um ambiente inerte em temperaturas em torno de 700∘C para aniquilar os defeitos e devolver a resistividade àquela derivada da dopagem com fósforo. Sob o esquema NTD, os cristais são cultivados sem dopagem e então irradiados em um reator anuclear com grande proporção de nêutrons térmicos para nêutrons rápidos, a fim de aumentar a captura de nêutrons e minimizar os danos à rede cristalina.

A aplicação de NTD tem sido quase exclusivamente limitada aos cristais FZ por causa de sua pureza mais alta em comparação com os cristais CZ. Quando a técnica NTD foi aplicada a cristais de silício CZ, foi descoberto que a formação de doadores de oxigênio durante o processo de recozimento após a irradiação alterou a resistividade da esperada, embora a homogeneidade do doador de fósforo tenha sido alcançada [13.11] O NTD tem a desvantagem adicional de que nenhum processo está disponível para dopantes do tipo p e que um período de irradiação excessivamente longo é necessário para resistividades baixas (na faixa de 1–10 Ω cm).

Propriedades do cristal de silício FZ

Durante o crescimento do cristal FZ, o silício fundido não entra em contato com nenhuma substância além do gás ambiente na câmara de crescimento. Portanto, um cristal de silício FZ é intrinsecamente distinto por sua pureza mais alta em comparação com o cristal aCZ, que é cultivado a partir da fusão - envolvendo o contato com o cadinho aquartz. Este contato dá origem a altas concentrações de impurezas de oxigênio em torno de 1018átomos ∕ cm3em cristais CZ, enquanto o silício FZ contém menos de 1016átomos ∕ cm3. Essa pureza mais alta permite que o silício FZ atinja altas resistividades não obtidas com o silício CZ. A maior parte do silício FZ consumido tem uma resistência entre 10 e 200 Ω cm, enquanto o silício CZ é geralmente preparado para resistividades de 50 Ω cm ou menos devido à contaminação do cadinho de quartzo. O silício FZ é, portanto, usado principalmente para fabricar dispositivos semicondutores de energia que suportam tensões reversas acima de 750-1000 V. O crescimento de cristal de alta pureza e as características de dopagem de precisão de NTD FZ-Si também levaram ao seu uso em detectores infravermelhos [13.12], por exemplo.

No entanto, se considerarmos a resistência mecânica, foi reconhecido por muitos anos que o silício FZ, que contém menos impurezas de oxigênio do que o silício CZ, é mecanicamente mais fraco e mais vulnerável ao estresse térmico durante a fabricação do dispositivo [13.13,13.14] O processamento de wafers de silício em alta temperatura durante a fabricação de dispositivos eletrônicos geralmente produz estresse térmico suficiente para gerar deslocamentos de deslizamento e empenamento. Esses efeitos causam perda de rendimento devido a junções com vazamento, defeitos dielétricos e vida útil reduzida, bem como rendimentos fotolitográficos reduzidos devido à degradação da planura do wafer. A perda de planaridade geométrica devido ao empenamento pode ser tão severa que os wafers não são mais processados. Por causa disso, os wafers de silício CZ têm sido usados muito mais amplamente na fabricação de dispositivos IC do que os wafers FZ. Essa diferença na estabilidade mecânica contra tensões térmicas é a razão dominante pela qual os cristais de silício CZ são usados exclusivamente para a fabricação de ICs que requerem um grande número de etapas de processo térmico.

A fim de superar essas deficiências do silício FZ, o crescimento de cristais de silício FZ com impurezas de dopagem, como o oxigênio [13.15] e nitrogênio [13.16] foi tentada. Verificou-se que dopando cristais de silício FZ com oxigênio ou nitrogênio em concentrações $1 - 1.5 \times 10^{17} a t o m s / c m^{3}$ ou $1.5 \times 10^{15} a t o m s / c m^{3}$ , respectivamente, resulta em aumento notável na resistência mecânica.

13.3.2Método Czochralski

Observações Gerais

Este método recebeu o nome de J. Czochralski, que estabeleceu uma técnica para determinar as velocidades de cristalização de metais [13.17] No entanto, o método de tração real que tem sido amplamente aplicado ao crescimento de cristal único foi desenvolvido porCercetaePouco[13.18], que modificou o princípio básico de Czochralski. Eles foram os primeiros a cultivar monocristais de germânio com sucesso, com 20 centímetros de comprimento e 0,75 centímetros de diâmetro, em 1950. Posteriormente, eles projetaram outro aparelho para o cultivo de silício em temperaturas mais altas. Embora o processo básico de produção de silício de cristal único tenha mudado pouco desde que foi pioneiro por Teal e colegas de trabalho, monocristais de silício de grande diâmetro (até 400 mm) com um alto grau de perfeição que atendem aos dispositivos de última geração as demandas cresceram com a incorporação da técnica Dash e sucessivas inovações tecnológicas ao aparelho.

Os esforços de pesquisa e desenvolvimento de hoje em relação aos cristais de silício são direcionados para alcançar a uniformidade microscópica das propriedades do cristal, como a resistividade e as concentrações de impurezas e microdefeitos, bem como o controle microscópico deles, que será discutido em outra parte deste manual.

Esboço do Processo

As três etapas mais importantes no crescimento do cristal CZ são mostradas esquematicamente na Fig.13.3b. Em princípio, o processo de crescimento de CZ é semelhante ao de crescimento de FZ: (1) polissilício de fusão, (2) semeadura e (3) crescimento. O procedimento de extração CZ, no entanto, é mais complicado do que o crescimento FZ e se distingue dele pelo uso de um cadinho aquartz para conter o silício fundido. Figura13.6mostra uma visão esquemática de um equipamento moderno típico de crescimento de cristais CZ. As etapas importantes na sequência de crescimento de cristal de silício CZ real ou padrão são as seguintes:

1.
Pedaços de polissilício ou grãos são colocados em um cadinho aquartz e derretidos em temperaturas mais altas do que o ponto de fusão do silício (1420∘C) em um gás ambiente inerte.
2.
O fundido é mantido em alta temperatura por algum tempo para garantir o derretimento completo e a ejeção de pequenas bolhas, que podem causar vazios ou defeitos de cristal negativos, do fundido.
3.
O cristal de semente com a orientação de cristal desejada é mergulhado no fundido até começar a derreter-se. A semente é então retirada do fundido para que o gargalo seja formado pela redução gradual do diâmetro; esta é a etapa mais delicada. Durante todo o processo de crescimento do cristal, o gás inerte (geralmente argônio) flui para baixo através da câmara de extração, a fim de transportar os produtos da reação, como SiO e CO.
4.
Aumentando gradualmente o diâmetro do cristal, a parte cônica e o ombro são crescidos. O diâmetro é aumentado até o diâmetro alvo, diminuindo a taxa de extração e ∕ ou a temperatura de fusão.
5.
Finalmente, a parte cilíndrica do corpo com um diâmetro constante é aumentada controlando a taxa de extração e a temperatura de fusão enquanto compensa a queda no nível de fusão à medida que o cristal cresce. A taxa de extração é geralmente reduzida em direção à extremidade final do cristal em crescimento, principalmente devido ao aumento da radiação de calor da parede do cadinho conforme o nível de fusão cai e expõe mais parede do cadinho ao cristal em crescimento. Perto do final do processo de crescimento, mas antes do cadinho ser completamente drenado de silício fundido, o diâmetro do cristal deve ser gradualmente reduzido para formar um cone final, a fim de minimizar o choque térmico, que pode causar deslocamentos deslizantes na extremidade final. Quando o diâmetro se torna pequeno o suficiente, o cristal pode ser separado do fundido sem a geração de deslocamentos.

Figura13.7mostra a parte final da semente de um cristal de silício CZ conforme crescido. Embora uma semente de milho, que é a região de transição da semente para a parte cilíndrica, seja normalmente formada para ser bastante plana por razões econômicas, um formato mais afilado pode ser desejável do ponto de vista da qualidade do acrstal. A parte do ombro e sua vizinhança não devem ser usadas para a fabricação do dispositivo porque essa parte é considerada uma região de transição em muitos sentidos e exibe características de cristal não homogêneas devido à mudança abrupta nas condições de crescimento.

Fig. 13.6
Vista esquemática do sistema de crescimento de cristal de silício Czochralski típico. (Após[13.1])

Fig. 13.7
Parte da extremidade da semente do cristal de silício Czochralski conforme crescido

Figura13.8mostra um lingote de cristal de silício CZ extra grande conforme crescido de 400 mm de diâmetro e 1800 mm de comprimento cultivado pelo Super Silicon Crystal Research Institute Corporation no Japão [13.3].

Fig. 13.8
Lingote de silício Czochralski extra grande conforme crescido com 400 mm de diâmetro e 1800 mm de comprimento. (Cortesia da Super Silicon Crystal Research Institute Corporation, Japão)

Influência da localização espacial inaGrownCrystal

Como a Fig.13.9descreve claramente, cada porção do cristal aCZ é cultivada em um tempo diferente com diferentes condições de crescimento [13.19] Assim, é importante entender que cada porção tem um conjunto diferente de características do cristal e uma história térmica diferente devido à sua posição diferente ao longo do comprimento do cristal. Por exemplo, a porção da extremidade da semente tem uma história térmica mais longa, variando do ponto de fusão de 1420 a cerca de 400∘C em apuller, enquanto a parte final da cauda tem uma história mais curta e é resfriada rapidamente a partir do ponto de fusão. Em última análise, cada wafer de silício preparado a partir de uma porção diferente de um cristal cultivado pode exibir diferentes características físico-químicas, dependendo de sua localização no lingote. Na verdade, foi relatado que o comportamento da precipitação de oxigênio exibe a maior dependência de localização, o que, por sua vez, afeta a geração de defeitos volumosos [13.20].

Além disso, a distribuição anoniforme de defeitos de cristal e impurezas ocorre através da seção transversal de uma bolacha plana preparada a partir de uma fusão de silício de cristal CZ cristalizada ou solidificada sucessivamente na interface de fusão de cristal, que geralmente é curvada no processo de crescimento de cristal CZ. Essas inomogeneidades podem ser observadas comoestrias, que são discutidos posteriormente.

13.3.3Impurezas no silício Czochralski

As propriedades dos semicondutores de silício usados em dispositivos eletrônicos são muito sensíveis às impurezas. Por causa dessa sensibilidade, as propriedades elétricas ∕ eletrônicas do silício podem ser precisamente controladas pela adição de uma pequena quantidade de dopante. Além dessa sensibilidade ao dopante, a contaminação por impurezas (particularmente metais de transição) afeta negativamente as propriedades do silício e resulta na degradação grave do desempenho do dispositivo. Além disso, o oxigênio é incorporado em níveis de dezenas de átomos por milhão nos cristais de silício CZ devido à reação entre o fundido de silício e o cadinho de quartzo. Independentemente de quanto oxigênio está no cristal, as características dos cristais de silício são muito afetadas pela concentração e pelo comportamento do oxigênio [13.21] Além disso, o carbono também é incorporado aos cristais de silício CZ a partir de matérias-primas de polissilício ou durante o processo de crescimento, devido às peças de grafite usadas no equipamento de extração CZ. Embora a concentração de carbono em cristais de silício CZ comerciais seja normalmente inferior a 0,1 ppma, o carbono é uma impureza que afeta muito o comportamento do oxigênio [13.22,13.23] Além disso, cristais de silício CZ dopados com nitrogênio [13.24,13.25] recentemente atraíram muita atenção devido à sua alta qualidade de cristal microscópico, que pode atender aos requisitos para dispositivos eletrônicos de última geração [13.26,13.27].

Impureza Inomogeneidade

Durante a cristalização de amelt, várias impurezas (incluindo dopantes) contidas no fundido são incorporadas ao cristal em crescimento. A concentração de impurezas da fase sólida geralmente difere daquela da fase líquida devido ao fenômeno conhecido comosegregação.

Segregação

O comportamento de segregação de equilíbrio associado à solidificação de sistemas multicomponentes pode ser determinado a partir do diagrama de fase correspondente do sistema abinário com umsoluto(a impureza) e umsolvente(o material hospedeiro) como componentes.

A razão da solubilidade da impureza A no silício sólido [CA]spara o silício líquido [CA]L

k_{0} = \frac{[C_{A}]_{s}}{[C_{A}]_{L}}

(13.6) é referido como ocoeficiente de segregação de equilíbrio. A solubilidade de impurezas no silício líquido é sempre maior do que no silício sólido; isso é,k0& lt; 1. O coeficiente de segregação de equilíbriok0só é aplicável à solidificação em taxas de crescimento insignificantemente lentas. Para taxas de solidificação finitas ou superiores, átomos de impureza comk0& lt; 1 são rejeitados pelo avanço sólido a uma taxa maior do que eles podem se difundir no fundido. No processo de crescimento do cristal CZ, a segregação ocorre no início da solidificação em uma determinada interface semente-fusão, e os átomos de impureza rejeitados começam a se acumular na camada de fusão perto da interface de crescimento e se difundir na direção da maior parte da fusão. Nesta situação, umcoeficiente de segregação efetivokefpode ser definida a qualquer momento durante o crescimento do cristal CZ e a concentração de impurezasC]sem um cristal CZ pode ser derivado por

[C]_{s} = k_{e f f} [C_{0}] (1 - g)^{k_{e f f} - 1},

(13.7) onde [C0] é a concentração inicial de impurezas no fundido egé a fração solidificada.

Consequentemente, é claro que a variação longitudinal amacroscópica no nível de impureza, que causa variação na resistividade devido à variação na concentração de dopante, é inerente ao processo de crescimento do lote CZ; isso se deve ao fenômeno da segregação. Além disso, a distribuição longitudinal de impurezas é influenciada por mudanças na magnitude e na natureza da convecção do fundido que ocorre conforme a proporção de aspecto do fundido diminui durante o crescimento do cristal.

Estrias

Na maioria dos processos de crescimento de cristal, existem transitórios nos parâmetros, como taxa de crescimento microscópico instantâneo e a espessura da camada limite de difusão que resultam em variações no coeficiente de segregação efetivokef. Essas variações dão origem a não homogeneidades composicionais microscópicas na forma deestriasparalela à interface de fusão do cristal. As estrias podem ser facilmente delineadas com várias técnicas, como ataque químico preferencial e topografia de raios-x. Figura13.10mostra as estrias reveladas por corrosão química na parte do ombro da seção transversal longitudinal do cristal de silício aCZ. A mudança gradual na forma da interface de crescimento também é claramente observada.

Fig. 13.10
Estrias de crescimento, reveladas por corrosão química, em pedra de silício Czochralski

As estrias são fisicamente causadas pela segregação de impurezas e também por defeitos pontuais; no entanto, as estrias são praticamente causadas por flutuações de temperatura perto da interface cristal-fusão, induzidas por convecção térmica instável na fusão e rotação do cristal em um ambiente térmico assimétrico. Além disso, as vibrações mecânicas devido a mecanismos de controle de tração inadequados no equipamento de crescimento também podem causar flutuações de temperatura.

Figura13.11ilustra esquematicamente a seção transversal de um cristal crescido em aCZ contendo uma interface de fusão de cristal curva, o que resulta em não homogeneidade na superfície do aslice À medida que cada bolacha plana é fatiada, ela contém diferentes porções de várias estrias curvas. Diferenteanéis fonográficos, referido comoredemoinho, pode então ocorrer em cada wafer, o que pode ser observado através do wafer usando as técnicas mencionadas acima.

Fig. 13.11
Ilustração esquemática da seção transversal do cristal Czochralski contendo uma interface cristal-derretida curva e bolachas planas divididas em porções diferentes. (Após[13.1])

Doping

Para obter a resistividade desejada, uma certa quantidade de dopante (átomos doadores ou aceitadores) é adicionada ao fundido de silício de acordo com a relação resistividade-concentração. É prática comum adicionar dopantes na forma de partículas de silício altamente dopadas ou pedaços de cerca de 0,01 Ω cm de resistividade, que são chamados de fixador de dopante, uma vez que a quantidade de dopante puro necessária é incontrolavelmente pequena, exceto para materiais de silício fortemente dopados (n+ou p+silício).

Os critérios para selecionar um adotante para um material semicondutor são que ele tenha as seguintes propriedades:

1.
Níveis de energia adequados
2.
Alta solubilidade
3.
Adequado ou baixa difusividade
4.
Baixa pressão de vapor.

Uma alta difusividade ou alta pressão de vapor leva à difusão ou vaporização indesejáveis de dopantes, o que resulta em operação instável do dispositivo e dificuldades em alcançar o controle preciso da resistividade. A solubilidade muito pequena limita a resistividade que pode ser obtida. Além desses critérios, as propriedades químicas (a toxicidade por exemplo) devem ser consideradas. Outra consideração do ponto de vista do crescimento do cristal é que o dopante tem um coeficiente de segregação próximo da unidade, a fim de tornar a resistividade o mais uniforme possível da extremidade da semente à extremidade final do lingote de cristal CZ. Conseqüentemente, o fósforo (P) e o boro (B) são os dopantes doadores e aceitadores mais comumente usados para o silício, respectivamente. Para n+silício, no qual os átomos doadores são fortemente dopados, o antimônio (Sb) é geralmente usado no lugar do fósforo por causa de sua menor difusividade, apesar de seu pequeno coeficiente de segregação e alta pressão de vapor, que levam a grandes variações na concentração tanto axial quanto as direções radiais.

Oxigênio e Carbono

Conforme mostrado esquematicamente nas Figs.13.3banda13.6, aquartz (SiO2) Os elementos de aquecimento de cadinho e grafite são usados no método de crescimento de cristal CZ-Si. A superfície do cadinho que entra em contato com o fundido de silício é gradualmente dissolvida devido à reação

S i O_{2} + Si \to 2 S i O .

(13.8) Esta reação enriquece o fundido de silício com oxigênio. A maioria dos átomos de oxigênio evapora da superfície de fusão como monóxido de silício volátil (SiO), mas alguns deles são incorporados ao cristal de silício através da interface cristal-fusão. No entanto, o carbono nos cristais de silício CZ se origina principalmente da partida policristalina material. Níveis de carbono variando de 0,1 a 1 ppma, dependendo do fabricante, são encontrados no polissilício. Presume-se que as fontes de carbono no polissilício sejam principalmente impurezas contendo carbono encontradas no triclorossilano usado na produção de polissilício. Peças de grafite em equipamentos de extração CZ também podem contribuir para a contaminação de carbono por reagir com o oxigênio, que está sempre presente durante o crescimento do ambiente. Os produtos resultantes de CO e CO2são dissolvidos no fundido de silício e são responsáveis pelas impurezas de carbono nos cristais de silício. Assim, oxigênio e carbono são as duas principais impurezas não dopantes que são incorporadas aos cristais de silício CZ da maneira mostrada esquematicamente na Fig.13.12. O comportamento dessas impurezas no silício, que afetam várias propriedades dos cristais de silício CZ, tem sido objeto de intenso estudo desde o final dos anos 1950 [13.21].

Fig. 13.12
Incorporação de oxigênio e carbono no cristal de silício Czochralski. (Após[13.1])

13.4Novos métodos de crescimento de cristal

Os cristais de silício usados para a fabricação de dispositivos microeletrônicos devem atender a uma variedade de requisitos definidos pelos fabricantes de dispositivos. Além dos requisitos para silíciobolachas, as seguintes demandas cristalográficas tornaram-se mais comuns devido à fabricação de dispositivos microeletrônicos de alto rendimento e alto desempenho:

1.
Grande diâmetro
2.
Densidade de defeito baixa ou controlada
3.
Gradiente de resistividade radial uniforme e baixa
4.
Concentração inicial ótima de oxigênio e sua precipitação.

É claro que os fabricantes de cristal de silício não devem apenas atender aos requisitos acima, mas também produzir esses cristais de maneira econômica e com alto rendimento de fabricação. As principais preocupações dos produtores de cristal de silício são a perfeição cristalográfica e a distribuição axial de dopantes no silício CZ. A fim de superar alguns problemas com o método convencional de crescimento de cristal CZ, vários novos métodos de crescimento de cristal foram desenvolvidos.

13.4.1Czochralski Growth withAppliedMagneticField (MCZ)

O fluxo de convecção de fusão no cadinho afeta fortemente a qualidade do cristal de silício CZ. Em particular, estriações de crescimento desfavoráveis são induzidas por convecção de fusão instável, resultando em flutuações de temperatura na interface de crescimento. A capacidade do campo magnético de inibir a convecção térmica em fluido eletricamente condutor foi aplicada pela primeira vez ao crescimento de cristal de antimoneto de índio por meio da técnica de barco horizontal [13.28] e a técnica de fusão por zona horizontal [13.29] Através dessas investigações, foi confirmado que um campo magnético de força suficiente pode suprimir as flutuações de temperatura que acompanham a convecção de fusão e pode reduzir drasticamente as estrias de crescimento.

O efeito do campo magnético nas estrias de crescimento é explicado por sua capacidade de diminuir a convecção térmica turbulenta de amelt e, por sua vez, diminuir as flutuações de temperatura na interface cristal-fusão. O amortecimento do fluxo de fluido causado pelo campo magnético é devido à força magnetomotriz induzida quando o fluxo é ortogonal às linhas de fluxo magnético, o que resulta em um aumento na viscosidade cinemática efetiva do fundido condutor.

O crescimento do cristal de silício pelo método CZ (MCZ) aplicado por campo magnético foi relatado pela primeira vez em 1980 [13.30] Originalmente, o MCZ foi projetado para o crescimento de cristais de silício CZ que contêm baixas concentrações de oxigênio e, portanto, têm resistividades altas com baixas variações radiais. Em outras palavras, esperava-se que o silício MCZ substituísse o silício FZ quase exclusivamente usado na fabricação de dispositivos de energia. Desde então, várias configurações de campo magnético, em termos da direção do campo magnético (horizontal ou vertical) e do tipo de ímãs usados (condutores normais ou supercondutores), foram desenvolvidas [13.31] O silício MCZ produzido com uma ampla faixa de concentrações desejadas de oxigênio (de baixa a alta) tem sido de grande interesse para diferentes aplicações de dispositivos. O valor do silício MCZ reside em sua alta qualidade e sua capacidade de controlar a concentração de oxigênio em uma faixa ampla, o que não pode ser alcançado usando o método CZ convencional [13.32], bem como sua maior taxa de crescimento [13.33].

No que diz respeito à qualidade do cristal, não há dúvida de que o método MCZ fornece os cristais de silício mais favoráveis à indústria de dispositivos semicondutores. O custo de produção do silício MCZ pode ser maior do que o do silício CZ convencional porque o método MCZ consome mais energia elétrica e requer equipamento adicional e espaço operacional para os eletroímãs; no entanto, levando em consideração a maior taxa de crescimento de MCZ, e quando ímãs supercondutores que precisam de menor espaço e consomem menos energia elétrica em comparação com ímãs condutores são usados, o custo de produção de cristais de silício MCZ pode se tornar comparável ao dos cristais de silício CZ convencionais. Além disso, a qualidade aprimorada do cristal de silício MCZ pode aumentar os rendimentos de produção e reduzir o custo de produção.

13.4.2Método Czochralski Contínuo (CCZ)

Os custos de produção do cristal dependem em grande parte do custo dos materiais, em particular do custo daqueles usados para cadinhos de quartzo. No processo CZ convencional, chamado deProcesso descontínuo, o acrstal é retirado de uma única carga do cadinho e o cadinho de quartzo é usado apenas uma vez e depois descartado. Isso ocorre porque a pequena quantidade de silício restante quebra o cadinho à medida que ele resfria de uma alta temperatura durante cada ciclo de crescimento.

Uma estratégia para reabastecer o cadinho Aquartz com fundido economicamente é adicionar continuamente alimentação à medida que o cristal cresce e, assim, manter o fundido em um volume constante. Além de economizar nos custos do cadinho, o método Czochralski (CCZ) de carregamento contínuo oferece um ambiente ideal para o crescimento do cristal de silício. Como já mencionado, muitas das não homogeneidades em cristais cultivados pelo processo de lote CZ convencional são um resultado direto da cinética instável decorrente da mudança no volume de fusão durante o crescimento do cristal. O método CCZ visa não apenas reduzir os custos de produção, mas também fazer crescer cristais em condições estáveis. Ao manter o volume de fusão em um nível constante, condições estáveis de fluxo térmico e de fusão podem ser alcançadas (ver Fig13.9, que mostra a mudança em ambientes térmicos durante o crescimento de CZ convencional).

O carregamento contínuo é comumente realizado por alimentação de polissilício, como mostrado na Fig.13.13[13.34] Este sistema consiste em um saltador para armazenar a matéria-prima de polissilício e um alimentador vibratório que transfere o polissilício para o cadinho. No cadinho que contém o fundido de silício, o defletor aquartz é necessário para evitar a turbulência do fundido causada pela alimentação do material sólido em torno da interface de crescimento. Os grânulos de polissilício de fluxo livre, como os mencionados anteriormente, são obviamente vantajosos para o método CCZ.

O método CCZ certamente resolve a maioria dos problemas relacionados à falta de homogeneidade em cristais cultivados pelo método CZ convencional. Além disso, a combinação de MCZ e CCZ (o CZ contínuo aplicado por campo magnético (MCCZ)) deve fornecer o método definitivo de crescimento de cristal, fornecendo cristais de silício ideais para uma ampla variedade de aplicações microeletrônicas [13.1] Na verdade, tem sido usado para cultivar cristais de silício de alta qualidade destinados a dispositivos microeletrônicos [13.35].

No entanto, deve ser enfatizado que as diferentes histórias térmicas de diferentes partes do cristal (da semente às extremidades da cauda, como mostrado na Fig.13.9) deve ser considerado mesmo quando o cristal é crescido pelo método de crescimento ideal. A fim de homogeneizar o cristal crescido ou para obter uniformidade axial na história térmica, alguma forma de pós-tratamento, como recozimento de alta temperatura [13.36], é necessário para o cristal.

13.4.3Método de crescimento sem pescoço

Como mencionado anteriormente, o processo de estreitamento de Dash (que cresce em um pescoço fino de 3-5 mm de diâmetro, Fig.13.7) é uma etapa acrítica durante o crescimento do cristal CZ porque elimina as luxações crescidas. Essa técnica é o padrão da indústria há mais de 40 anos. No entanto, as demandas recentes de grandes diâmetros de cristal (& gt; 300 mm, pesando mais de 300 kg) resultaram na necessidade de gargalos de diâmetro maior que não introduzam deslocamentos no cristal em crescimento, uma vez que gargalo athin 3-5 mm de diâmetro não pode suportar cristais tão grandes.

Sementes de grande diâmetro que têm tipicamente 170 mm de comprimento, com diâmetro mínimo de> 10 mm e uma média de 12 mm crescidos a partir de fusão de silício fortemente dopada com boro (

& gt; 10^{19} a t o m s / c m^{3}

) foram usados para cultivar cristais de silício CZ de 200 mm de diâmetro livres de deslocamento [13.37,13.38] Estima-se que gargalos de grande diâmetro de 12 mm de diâmetro podem CZ suportar cristais tão pesados quanto 2.000 kg [13.39] Figura13.14a,bmostra um cristal de silício CZ livre de deslocamento de 200 mm de diâmetro crescido sem o processo de estreitamento Dash e a Fig.13.14a,bb mostra sua semente ampliada (compare com a Fig.13.7) O mecanismo pelo qual os deslocamentos não são incorporados ao cristal em crescimento foi atribuído principalmente ao efeito de endurecimento da dopagem pesada do boro no silício.

Fig. 13.14a,b — Fig. 13.14a, b
Cristal de silício Czochralski livre de deslocamento de 200 mm de diâmetro que cresceu sem o processo de estreitamento Dash. (a)Todo o corpo, (b) semente e cone. (Cortesia do Prof. K. Hoshikawa)

Referências

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13.1Visão geral

13.2Materiais de Partida

13.2.1Silício de grau metalúrgico

13.2.2Silício policristalino

Compostos Químicos Intermediários

Hidrocloração de Silício

Destilação e decomposição de triclorosilano

Processo Monosilano

Deposição de polissilício granular

13.3Crescimento de Cristal Único

13.3.1Método de Zona Flutuante

Observações Gerais

Esboço do Processo

Doping

Propriedades do cristal de silício FZ

13.3.2Método Czochralski

Observações Gerais

Esboço do Processo

Influência da localização espacial inaGrownCrystal

13.3.3Impurezas no silício Czochralski

Impureza Inomogeneidade

Segregação

Estrias

Doping

Oxigênio e Carbono

13.4Novos métodos de crescimento de cristal

13.4.1Czochralski Growth withAppliedMagneticField (MCZ)

13.4.2Método Czochralski Contínuo (CCZ)

13.4.3Método de crescimento sem pescoço

Referências

Indústria relacionada

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