Способ плавления кремния и устройство для его осуществления Советский патент 1958 года по МПК C30B15/16 C30B29/06 

Способ плавления кремния для по.чучония из его раеи.ишл моиокри.;-галлов путем вытягивания известеп.

Предлагаемый способ по сравнению с известным обеспечивает нои1 пеиие монокристаллов более высокого качества.

С этой целью верхнюю часть врагдающёйся массы гранулированного или порошкообразного кремния, имеющей вид усеченного конуса, плавят воздействием получаемых, например, от электрических дуг потоков . учисюй энерги-и, проходящих осями в одной плоскости, перпендикулярной к поверхности расплавленно1-о кремния, и даюигих на ней фокус , учеГ: в точке, смещенной относительно оси вращения массы, с образованием расплава, ограниченного снизу нро;:лойкой затвердевн1его расплава, расположенного на нерасплавленной нижней части массы кремния.

В расплав периодически вводят кремний высокой чистоты.

Для осуществления способа предлагается устройство, состоящее и:-. вакуумной камеры, имеющей в верхней части окна из кварна, над когорыми расположена оптическая зеркальная система, направляк)н;ая поток) лучистой энергии внутрь камеры, и монтированного в нижней части кг.меры врап1,ающегося столика с чаи1ей из кварца для массы Г1)анулироиа11ного или поронп ообразного кремния.

Для предотвран1ения потери тепла за счет излучения его расплавом к|)емния код столиком и над ним укреп.лены экраны, например, мо.шб.а новые, верхний из которых имеет для пропуска потоков .мучисто эне})гии, а нижггий --отверстие д,:1я оси вращения сто.шка.

На фиг. 1 изображена схема устройства; на фи|-. 2 - схема его оптической системы; на фиг. 3 - вид по стрелке А на фиг . 1.

Внутри вакуу.мной камеры /, в нижней ее части, расположен ispaН1ающийся на оси 2 столик , на KOTOJIOM установлена чан1а 4 из кварц.;.

Над столиком и под ним монтированы экраны 5 и 6, например :. мо.тибдена. Верхний экран 5 имеет центральное отверстие 7, а нижишг

экран 6-neinpci./ibHoe отверстие , через которое пропущена ось 2.

В верхней части камеры / имеются окна 5 и 7(9 из кварца, через которые проходят два потока лучистой энергии, обозначенные на чертеже пунктирными линиями. Эти потоки лучистой энергии создаются двумя электрическими дугами // и 12 и отражаются в окна 9 IT 10 от вогнутого зеркала 13.

ia чашу 4 насыпают гранулированны или порошкообразный кремпни 14 в виде кучки, имеющей форму усеченного конуса и верхней масти.

Благодаря эксцентричному положению кратеров электрических дуг -// и 12 относительно геометрической оси зеркала 13 каждый кратер создает свой горизонтальный поток лучистой энергии. После отражения отплоских зеркал 15 и 16, установленных примерно под углом 45 к вертик.али над окна.ми 9 и /( из кварца, эти потоки лучистой энергии концентрируются на вершине кучки кремния 14 так, что действпте.тьные изображения кратеров электрических дуг накладываются одно на другое и фок-.сируются в виде светяш;егося пятна /7, 1-гесколько ;:меш,ен11ого относите.ьно оси вращения массы кремния.

Для уменьи.1ения потери лучистой энергии вошутое зерка.ю 13 и п.:юские зеркала 15 и 16 выполнены из мета.лла или с вненп-1И.м покрытием и:. металла, а потери тепла за счет излучения его расплаво.м кремния предотвращаются экранами 5 и 6.

Внутри камеры / оси потоков лучистой энергии находятся в одно, плоскости, перпендикулярной к п.лоскости слоя 8 расплавленного кремния.

Лучистая энергия, концентрируемая на верн1ине кучки к)емния //, поддерживает в верхней ее части в расплавленном состоянии ограниченный объем слоя 18, который отделяется от мас.сы зани1тным слоем 19 отвердевшего вещества.

Нижняя часть кучки кремния М и чаша 4 из кварца поддерживаются нагретыми при достаточно низкой температуре (не вьпне 900), пр.ч которой гарантируется отсутствие диффузии примесей из стенок чагни 4 в гранулированный кремний.

Из образующегося на вершине кучки кремния расплавленного I:.,TOH IS вытягивается монокристалл 20.

С целью обеспечения места питания вытягиваемого монокристалла свежим чистым расплавом и поддержания постоянства уровня зеркала расплава, в него периодически вводится стержень 21 из кремния высокой чистоты.

Эксцентричное )асположение монокристалла 20, стержня 21 и направлещ е вращения массы по стрелке Б обеспечивают наименьший путь перехода от добавляемого кремния к монокристаллу и наибольши; нуть расплавленного кремния, отходящего от места кристаллизации.

В случае необходимости вращающийся сто.ггик охлаждается водой, подводимой к нему через пустотелую ось.

П |) е д м е т и з о б р е т е н и я

. Способ плавления кремния для получения из его расплава монокристаллов путем вытягивания, отличающийся тем, что, с це.лью i;oвыщения качества монокристаллов, верхнюю часть вращающейся массы гранулированного или порошкообразного кремния в виде усечеиного конуса плавят воздействием получаемых, иапример, от электрических дуг, потоков лучистой энергии, проходящих осями в одной плоскости, перпеи.чикулярной к поверхности расплавленного кремния, и дающих на ней фокус лучей в точке, смеп1ецной относительно оси вран1,ения массы, с образовэнием расл.иава, ограниченногс) .пизу прослойкоГ затвердевшио расnjiaiui, расположенного на нерасп.паз.чснпой нижне) части массы К|)ем11ия.

2.Способ по п. 1, о тл и ч а ю И), и и с я тем, что, с целью обеспечения места питания монокристалла свежим чистым расп.тавом и поддержания

лостоянства уровня расплава, в последний периодически вводят кремний высокой чистоты.

3.Устройство для осуп1ествления способа по гт. 1 ji 2, о т.т и чаюйте еся тем, что оно состоит из. вакуумной камеры, имеющей в вер,1ей части окна из кварца, над которыми распо.тожена оптическая зеркальна55 система, направляющая потоки лучистой энергии внутрь камеры, и MOi тированного в нижней части камеры вращающегося столика с чап1ей из кварца для массы гранулированного или порошкообразного кремния, причем для п 1едотвра1цения потери тепла за счет излучения его расплавом кремния под столиком и над пим укреплены экраны, например молибденовые, верхний из кото1)ы.х имеет окно для пропуска потоков лучистой энер1-ии, а нижний отверстие для оси вращения столика.