СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЛИТКОВ КРЕМНИЯ В ФОРМЕ ШИРОКИХ ПЛАСТИН РАЗЛИЧНОЙ ТОЛЩИНЫ Российский патент 1997 года по МПК C30B15/02 C30B15/34 C30B13/00 C30B29/06 

Изобретение относится к области получения полупроводниковых материалов и может быть использовано для получения кремния в форме пластин бестигельным методом.

Известны способы получения слитков кремния вытягиванием из расплава в тигле (по Чохральскому) и в процессе бестигельной зонной плавки, включающие расплавление загрузки, затравленные, выдержку и вытягивание слитка из подпитываемого расплава. При этом получают слитки в форме тел вращения.

Получение полупроводникового кремни плоской формы с достаточно большой площадью поверхности может иметь большие преимущества на всех стадиях его производства и на стадии изготовления приборов и интегральных схем. Эти преимущества связаны с существенным повышением рентабельности производства за счет упрощения технологических процессов и аппаратов, увеличения их производительности, снижения затрат производства на электроэнергию и вспомогательные материалы, а также за счет снижения потерь материала при его раскрое на стадии получения с заданными характеристиками и на стадии изготовления различных устройств электронной техники.

Известны способы получения слитков кремния плоской формы в виде тонких междендритных лент и пластин с помощью различных формообразователей. Однако такие способы не позволяют получать плоские материалы достаточно большой ширины и толщины. Это препятствует реализации перечисленных преимуществ; поскольку ширина не превышает 25, а толщина 1 мм.

Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому является способ и устройство для его осуществления, позволяющие выращивать большие слитки кремния в форме плит и пластин вытягиванием на затравку из расплавленной вершины загрузки при подпитке расплава подачей загрузки снизу вверх (1).

Целью изобретения является повышение рентабельности производства и качества получаемого материала. Цель достигается тем, что вытягивание слитка производят из расплавленной вершины поликристаллической загрузки прямоугольной формы, толщина которой не более 60 мм, а ширина не менее 50 мм. В этих условиях подпитку расплава чистым кремнием производят путем непрерывной подачи загрузки снизу вверх в зону плавления. Такое решение не требует применения тиглей и устройства для подпитки расплава. В процессе кристаллизации условия наблюдения за границей кристалл-расплав не ухудшаются, а при легировании из газовой фазы легирующего соединения достигается равномерность в распределении примеси по длине кристалла. Предельная толщина заготовки выбрана с учетом возможности создания устойчивой зоны расплава в процессе вытягивания.

Тепловой режим кристаллизации, обеспечивающий расплавление загрузки, затравление и создание градиента температуры, обеспечивающего вытягивание слитка снизу вверх, устанавливают и поддерживают с помощью высокочастотного индуктора, геометрические размеры, форма и положение которого внутри рабочей камеры кристаллизационного аппарата определяют оптимальную форму зоны расплава в процессе вытягивания слитка.

Схема теплового узла установки для вытягивания слитков кремния в форме пластин приведена на фиг. 1, 2.

Внутри герметичной рабочей камеры установки расположены верхний 1 и нижний 2 штоки, на которых закреплены держатели загрузки 3 и затравки 4. Оба штока соосны, а широкие стороны затравки и загрузки параллельны.

Индуктор 5 введен в рабочую камеру с ее узкой стороны и расположен вблизи вершины загрузки. Геометрические размеры рабочей камеры зависят от толщины и длины загрузки 6 и от длины вытягиваемого кристалла 7.

Процесс кристаллизации начинают с расплавления вершины загрузки. Устойчивость расплава 8 на загрузке зависит от поверхностного натяжения расплава и от величины сжимающего электромагнитного поля высокой частоты, создаваемого с помощью индуктора и зависящего от его конструкции и расположения относительно загрузки.

Затравку опускают в расплав выдерживают до момента подплавления и начинают вытягивание. Одновременно включают перемещение вверх загрузки, с целью подпитки зоны расплава чистым кремнием взамен вытягиваемого его количества. Процессе заканчивается отрывом полученного слитка от расплава и охлаждением слитка и загрузки.

Пример 1. В установке для бестигельного выращивания слитков кремния в форме пластин получают слиток шириной 300 мм, толщиной 25 мм и длиной 500 мм.

Для этого в качестве загрузки в держателе нижнего штока закрепляют заготовку толщиной 45 мм, шириной 330 мм и длиной 280 мм, а в верхнем держателе закрепляют затравку длиной 45 мм, толщиной 5 мм и шириной 300 мм. Затем на торце загрузки с помощью индуктора из медной трубки диаметром 5 мм создают участок расплава. При этом применяют индуктор петлевого типа длиной 330 мм и с шириной внутренней части 35 мм. В расплав опускают с помощью верхнего штока затравку и выдерживают ее в этом положении до момента расплавления, после чего начинают вытягивание и разращивание затравки до заданной толщины 25 мм. После вытягивания пластины длиной 500 мм постепенно уменьшают толщину пластины, увеличивая скорость вытягивания с 3 мм/мин до 15 - 20 мм/мин и уменьшая мощность, подводимую для нагрева расплава. Затем отрывают слиток от загрузки. В процессе вытягивания производят подачу загрузки в зону расплава со скоростью около 1,5 мм/мин.

Пример 2. В том же аппарате получают пластину кремния шириной 300 мм, толщиной 1,5 мм и длиной 500 мм. Для этого в держателе нижнего штока закрепляют загрузку в форме пластины поликристаллического кремния толщиной 20 мм, шириной 330 мм и длиной 60 мм. Затем с помощью индуктора с диаметром трубки 5 мм создают на торце загрузки зону расплава. При этом применяют индуктор петлевого типадлиной 330 мм и с шириной внутренней части 22 мм. Производят затравление, выдержку и вытягивание тонкой пластины заданной длины со скоростью около 20 мм/мин. При этом скорость подъема заготовки устанавливают около 1,3 мм/мин. Мощность нагрева устанавливают, как всегда, с учетом формы зоны расплава. Затравку толщиной 3 5 мм закрепляют в держателе верхнего штока. Ширина затравки около 300 мм, а длина 45 50 мм.

Использование: изобретение относится к области получения полупроводниковых материалов и может быть использовано для получения бестигельным методом полупроводникового кремния в форме широких пластин. Сущность изобретения: для повышения рентабельности и качества получаемого материал предложен способ, позволяющий получать без тигля и устройства для подпитки расплава широкие пластины кремния различной толщины вытягиванием из расплавленной вершины поликристаллической загрузки прямоугольный формы с подпиткой расплава непрерывной подачей загрузки снизу вверх в зоне плавления. В качестве нагревателя предложен высокочастотный индуктор петлевого типа, расположенный вблизи вершины загрузки. 2 ил.

Способ получения слитков кремния в форме широких пластин различной толщины бестигельной кристаллизацией вытягиванием на затравку из расплавленной вершины поликристаллической загрузки при подпитке расплава путем непрерывной подачи загрузки снизу вверх в зону плавления, отличающийся тем, что загрузку используют прямоугольной формы толщиной не более 50 мм, а шириной не менее 50 мм.