Устройство для выращивания ориентированных кристаллических слоев Советский патент 1982 года по МПК C30B15/34 

Изобретение относится к полупроводниковой технике, к получению кристаллических слоев на опорных {неориентирующих) подложках, и может быть использовано при изготовлении фотоэлектрических преобразователей солнечной энергии большой площади для выращивания слоев кремния на кера;мических или графитовых подложках. Известно устройство, содержащее тигель, нагреватель, вытягивающий механизм и приспособление для поддержания уровня расплава в тигле постояннымС .

Необходимость применения последнего вызвана тем, что для получения пленки расплава и, следовательно, кристаллического слоя постоянной толщины форма мениска, образующегося между поверхностью подложки и расплавом в тигле, не должна меняться в ходе проведения процесса. Это устройство позволяет обрабатывать длинномерные подложки, используя желобообразные тигли небольшого объема. Однако при проведении процесса

выращивания слоя необходима процедура затравливания, состоящая-в пе-. реполнении тигля расплавом при помощи приспособления для регулирования уровня, приведен-ии подложки в .контакт с расплавом и формировании мениска путем подъема подложки на необходимую высоту над стенками тигля, которая усложняет технологию и снижает производительность установки.

Толщина получаемого кристаллического слоя неоднородна, так как

10 любые отклонения параметров режима проведения процесса приводят к резким изменениям формы мениска.

Наиболее близким к изобретению является устройство для выращивания

15 ориентированных кристаллических слоев на подложке, включающее тигель для расплава, установленный внутри нагревателя, подложку, соединенную .с механизмом ее перемещения, и пи20татель, вертикально расположенный в тигле, выполненный из смачиваемых расплавом пластин, образующих между собой капиллярный канал и имеющий острые рабочие кромки для подачи расплава на подложкуС2. Это .устройство предназначено для выращивания кристаллического слоя на подложке, в качестве которой выступает ленточный кристалл, выращен30ный из нижнего тигля. Пластины питателя расположены параллельно подложке так f что подложка при перемещении ее с помощью механизма вытягивания скользит по наружной стороне цластин питателя. При этом между подложкой и пластиной питателя образуется капилляр ный зазор, который при работе устройства заполняется расплавом из тигля аналогично зазору между пластинами питателя, что делает невозможным использование устройства, та как расплав из верхнего тигля по ка пиллярному зазору между пластиной тателя и подложкой-кристаллом проникает в нижний тигель. Недостатком устройства является то, что работа его верхней части возможна при использовании предварительно подготов ленных подложек, при этом площадь контакта подложки с расплавом вслед ствие его затекания в щель между питателем и подложкой определяется площадью пластины питателя, вдоль к торой протягивается подложка. Значи тельная величина зоны контакта расп лава с подложкой приводит к ухудшен качества выращиваемого слоя вследствие загрязнения расплава примесями. Цель изобретения - снижение загрязнения примесями выращиваемых ,сло ев за счет уменьшения зоны расплава контактирующего с подложкой, и увеличение производительноети. Цель достигается тем, что устрой ство для выращивания ориентированных кристаллических слоев на подлож ке, включающем тигель для расплава, установленный внутри нагревателя, подложку, соединенную с механизмом ее перемещения и питатель, вертикал но расположенный в тигле, выполненный из смачиваемых расплавом пластин, образующих между собой капилля ный канал и имеющих острые рабочие кромки для подачи расплава на подлож ку,, последняя расположена перпендикулярно пластинам питателя. Кроме того, пластины питателя вы полнены П-образными и имеют с нижней стороны перекладины выемку с рабочим кромками. А также тем, что питатель выполнен Б сечении Т-образным, а рабочие кромки расположены по периметру пла тин. Расположение подложки перпендикулярно пластинам питателя позволяет создавать при работе устройства узку зону расплава, контактирующего s подложкой, уменьшая тем самым время контакта и, следовательно загрязнение расплава. На фиг.1 представлено устройство общий вид; на фиг. 2- устройство с П-рбразным питателем для выращлвания кристаллического слоя на верхней поверхности горизонтально протягиваемой подложки, общий вид; на фиг. 3устройствр с питателем, имеющим в сечении Т-образную форму с внутренним капиллярным каналом для одновременного выращивания кристаллических слоев на нескольких подложках, протягиваемых вертикально вверх,общий вид, на фиг.4 - рабочие кромки/ на фиг.5 - разрез через мениск расплава, область формирования пленки расплава и кристаллизации слоя. Устройство (фиг.1 содержит тигель 1 с расплавом, установленный в нижней части двухсекционного нагревателя 2. В тигле 1 вертикально установлен питатель 3 с капиллярными каналами 4. Питатель 3 с помощью скоб 5 крепдтся на экранах 6. Экраны 6 установлены на опорной стойке 7, в средней части которой размещена горизонтальная направляющая пластина 8, по которой перемещается подложка 9, соединенная с штоком 10 вытягивающего механизма. Тигель 1 установлен на вертикальном штоке 11, с помощью которого осуществляется перемещение в вертикальном направлении и, следовательно, регулировка давления в мениске. На подложке 8 выращивают кристалличехзкий слой 12. Устройство работает следующим образом. После плавления загрузка расплава поднимается по капиллярным каналам 4 питателя 3, приходит в контакт с прдложкой 9 первоначально с краев, где рабочие кромки 13 касаются подложки 9(,область 1 на фиг.4), а в дальнейшем заполняет под действием капиллярных сил зазор междукромками 13 и подложкой 9 (область И на фиг.4), формируя мениск 14. При протягивании подложки 9 относительно питателя 3 на ней образуется пленка расплава 15, кристаллизующаяся по мере вытягивания с образованием ориентированного кристаллического слоя 12. Профиль заточенных на нож рабочих кромок питателя таков, что края (.2-5 мм) обрабатываемой поверхности подложки касаются рабочих кромок, а в средней части зазор между ними и поверхностью подложки составляет 0,5-2,5 мм. Подобная геометрия кромок обеспечивает формирование узкого мениска (размеры которого определяются шириной капиллярного канала, величиной зазора и расстоянием меясду кромками и свободной поверхностью расплава в тигле ) исключительно под действием капиллярных сил. Фиксация.мениска на рабочих кромках смачиваемого расплавом питателя способствует сохранению его формы при неконтролируемых изменениях параметров режима проведения процесса и, следовательно, позволяет выращивать однородный по толщине кристаллический слой (например, при выращивании кремниевых слоев толщина равна 0,1б±0,04К

Расположение подложки перпендикулярно рабочим кромкам питателя, т.е получение узкого мениска позволяет уменьшить зону контакта расплава с подложкой, что ведет к снижению загрязнения примесями выращиваемых слоев.

Формула изобретения

1. Устройство для выращивания ориентированных кристаллических слоев на подложке, включающее тигель для расплава, установленный внутри нагревателя, подложку, соединенную с механизмом ее перемещения, и питатель, вертикально расположенный в тигле, выполненный из смачиваемых расплавом пластин, образующих между собой капиллярный канал и имеющих

острые рабочие кромки для подачи расплава на подложку, отличающееся тем, что, с целью снижения загрязнения примесями выращиваемых слоев за счет уменьшения зоны расплава, контактирующего с подложкой , подложка расположения перпендикулярно пластинам питател.т.

2.Устройство по П.1, о т л ичающееся тем, что,, пласти.гм питателя выполнены П-образными и имеют с нижней стороны перекладины выемку с рабочими крсмками.

3.Устройство по П.1, о т л ичающееся тем, что, с целью увеличения производительности, питатель выполнен в сечении Т-образным, а рабочие кромки расположены по периметру пластин.

Источник информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Мейсон Б.: Нанесение кремниевой пленки на керамические листовые подложки, Электроника, т.52, 15, 1979, с.10-11.

2.Патент США I 4022652,

кл. В 01J 17/18, 1977 (прототип).

0tfz. f

Фг/г. 4