C30B15 - Вирощування монокристалів витягуванням з розплаву, наприклад за методом Чохральського (під захисною рідиною C30B 27/00)
Власники патенту RU 2378421:
Федеральне державне освітня установа вищої професійної освіти "Сибірський федеральний університет" (RU)
Винахід відноситься до технології отримання напівпровідникових матеріалів і може бути використане для вирощування кристалів кремнію з кварцових тиглів за методом Чохральського. Спосіб включає плавлення, вирощування кристала кремнію з розплаву в камері печі 2 з подальшим охолодженням і видаленням залишків розплаву кремнію з тигля 1 шляхом створення перепаду тиску між камерою печі 2 і камерою 5 резервуара-сховища 4 з одночасним перекачуванням залишків розплаву кремнію по трубці 3, один кінець якої поміщають в залишок розплаву в тиглі 1, а інший кінець - в водоохолоджуваний резервуар-сховище 4, при цьому залишок розплаву кремнію, залишений в кварцовому тиглі, не повинен перевищувати 10 мм. Технічний результат винаходу полягає в скороченні витрат за рахунок виключення руйнування кварцових тиглів і збільшення кратності їх використання, а також можливості вторинного використання залишків кремнію при подальшому періодичному процесі вирощування кристалів. 1 мул.
Винахід відноситься до технології отримання напівпровідникових матеріалів і може бути використане для вирощування кристалів кремнію з кварцових тиглів за методом Чохральського.
Відомий спосіб вирощування кристалів кремнію з кварцового тигля за методом Чохральського, що включає плавлення і вирощування кристалів, затвердіння залишків кремнію в тиглі при охолодженні (Сахаров Б.А і ін. Металургія та технологія напівпровідникових матеріалів. М. Металургія, 1972. - 544 с.) .
Однак відомий спосіб не дозволяє використовувати кварцовий тигель після охолодження двічі, що веде до подорожчання процесу вирощування кристалів кремнію.
Найбільш близьким за сукупністю суттєвих ознак є спосіб вирощування кристалів, в тому числі кремнію, що включає плавлення, вирощування кристала кремнію з розплаву в камері печі з наступним охолодженням і видаленням залишків розплаву кремнію з тигля (JP 45014892 В, 26.05.1970).
Однак використання даного способу не дозволяє запобігти руйнуванню кварцового тигля. Кварцовий тигель добре змочується розплавленим кремнієм і після охолодження затверділі залишки кремнію і тигель механічно міцно скріплені між собою, а так як коефіцієнти термічного розширення кварцу і кремнію істотно розрізняються, то при охолодженні вони ламають один одного. Отже, кварцовий тигель можна використовувати для вирощування одного або декількох кристалів тільки в напівбезперервна процесі, а в періодичному - тільки один раз, що значно збільшує витрати на вирощування кристалів кремнію.
Основне завдання винаходу полягає в скороченні витрат на вирощування кристалів кремнію за рахунок виключення руйнування кварцових тиглів і збільшення кратності їх використання, а також можливості вторинного використання залишків кремнію при подальшому періодичному процесі вирощування кристалів.
Для вирішення поставленого завдання в способі вирощування кристалів кремнію з кварцового тигля за методом Чохральського, що включає плавлення, вирощування кристала кремнію з розплаву в камері печі з наступним охолодженням і видаленням залишків розплаву кремнію з тигля, видалення залишків розплаву здійснюють шляхом створення перепаду тиску між камерами печі і резервуара-сховища з одночасним перекачуванням залишків розплаву кремнію по трубці, один кінець якої поміщають в залишок розплаву в тиглі, а інший кінець - в водоохлажд емий резервуар-сховище, при цьому залишок розплаву кремнію, залишений в кварцовому тиглі, не повинен перевищувати 10 мм.
Спосіб вирощування кристалів кремнію з кварцового тигля за методом Чохральського включає розплавлення, вирощування кристала кремнію з розплаву в камері печі, з подальшим охолодженням, причому відразу після вирощування кристала здійснюють видалення залишку розплаву кремнію з тигля шляхом створення перепаду тиску між камерами печі і резервуаром-сховищем з одночасним перекачуванням залишку розплаву кремнію по кварцовою трубці, один кінець якої поміщають в розплав залишку кремнію в тиглі, а інший - в водоохолоджуваний резер Уар-сховище.
По відношенню до прототипу у пропонованого способу є такі відмінні ознаки: після вирощування кристала видаляють залишок розплаву кремнію з тигля шляхом створення перепаду тиску між камерами печі і резервуаром-сховищем з одночасним перекачуванням залишку розплаву кремнію за допомогою кварцового трубки, при цьому залишок розплаву кремнію, залишений в кварцовому тиглі, не повинен перевищувати 10 мм.
Перекачування залишків розплаву кремнію з кварцового тигля шляхом створення перепаду тиску в камерах печі і резервуарі-сховищі дозволяє виключити руйнування кварцового тигля і збільшити кратність його використання за рахунок того, що в очищеному від залишків кремнію тиглі не виникають термічні напруги між твердим кварцом і кремнієм.
На кресленні представлено пристрій для здійснення способу.
В кварцовий тигель 1, поміщений в камеру печі 2, завантажують порцію кремнію, розплавляють, після чого здійснюють вирощування кристала кремнію.
Потім в залишок розплаву кремнію в тиглі поміщають один кінець кварцової трубки 3 за допомогою маніпулятора, а інший кінець в резервуар-сховище 4, встановлений в камері 5, з'єднаної з камерою печі 2 в єдину систему через перегородку 6 по газовому середовищі. Створюють перепад тиску, вакууміруя камеру резервуар-сховище або підвищуючи тиск в камері печі і одночасно перекачують залишився розплав кремнію з кварцового тигля в резервуар-сховище. Розмір краплі кремнію, залишений в кварцовому тиглі не повинен перевищувати 10 мм. Якщо розмір краплі буде більше 10 мм, то утворюються термічні напруги між твердим кварцом і кремнієм, що веде до розтріскування тигля при охолодженні. Після охолодження з резервуара-сховища, що має форму, близьку до форми кварцового тигля, але менших розмірів, витягають кремній у вигляді злитка, який після зовнішньої протруєння переноситься в кварцовий тигель для подальшого використання при вирощуванні кристалів кремнію.
Пропонований спосіб порівняно з прототипом дозволяє підвищити кратність використання кварцового тигля для вирощування кристалів кремнію в періодичному процес в 10 разів за рахунок виключення розтріскування тигля, а також скоротити витрату кремнію за рахунок вторинного використання залишків кремнію при подальшому процесі вирощування кристалів кремнію і, як наслідок, знизити витрати на виробництво кристалів кремнію.
Витрати при вирощуванні кристалів кремнію тільки на придбання кварцових тиглів в прототипі становить понад $ 80000 на одну установку в рік (наприклад, при завантаженні 60 кг кремнію використовується кварцовий тигель діаметром 500 мм вартістю $ 550, процес вирощування йде близько двох діб).
При десятикратному використанні тигля за пропонованим способом річна економія складе більше $ 7200 на одну установку.
Спосіб вирощування кристалів кремнію з кварцового тигля за методом Чохральського, що включає плавлення, вирощування кристала кремнію з розплаву в камері печі з наступним охолодженням і видаленням залишків розплаву кремнію з тигля, який відрізняється тим, що видалення залишків розплаву здійснюють шляхом створення перепаду тиску між камерами печі і резервуара -Сховище з одночасним перекачуванням залишків розплаву кремнію по трубці, один кінець якої поміщають в залишок розплаву в тиглі, а інший кінець - в водоохолоджуваний резерву р-сховище, при цьому залишок розплаву кремнію, залишений в кварцовому тиглі, не повинен перевищувати 10 мм.