Способ плавления кремния и устройство для его осуществления

 

№ 1!3874

Класс 12Ь !

2I, 38

СССР

;. f I, y

1 "1 г;„ )

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Б. H. Романов

СПОСОБ ПЛАВЛЕНИЯ КРЕМНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Заявлено 29 декабря 1956 г за № 58!986 в Комитет ио делам изобретений и откр(я г((i ирн Говете Министров ГГГР (.посо(1 Ilлявления кремния для п(1л3 и(ния II«cl o ряс»ля((я biol!01 pII.таллов путем вытягивания известен.

Предлагаемый способ по сравнению с из«сcTIII!31 оос(печи«ает llo„l, чение монокристаллов более высокого качества. (. этой целью верхнюю часть вращающейся массы гранулированного или порошкообразного кремния, имеющей вид усеченного конуса, пла«ят 13оздсйст13ием получаемых, например, от электрических дуг потоко лучистой энергии, проходящих осями в одной плоскости, перпендикуляр. ной и поверхности расплавленного кремния, и дающих ня ней фокус луче(; в точке, смещенной относительllo ос« врашения массы, с образован«(и расплава, ограниченного снизу про лойкой затвердевшего расплава, расположенного на нера,"плавленной нижней части 3I;Ice! кремния.

ly расплав периодически вводят кремний высокой чи;ToTI)l.

Для осуществления способа предлагается у тройст«о, состояшсс вакуумной камеры, имеющей в верхней части окна из кварца, над которыми расположена оптическая зеркальная система, 1гяправляк1щая поток(: лучистой энергии внутрь камеры, и монтированного 13 ниж11сй части к,,— меры вращающегося столика с чашей из кварца для массы гранулировя111гогo или порошкообразного кремния.

Для предотвращения потери тепла зя счет излучения его расплавит( кремния 1юд столиком и над ним укреплены экря 1»1, например, молиб1(новыс, «ср. нпй нз которых имеет окно для пропуска потоков лучистой энерг11и, а нижний — -отверстие для оси враще1(пя To«!èêà. !

-!а фиг, изображена схема устройства; !!а фиг. 2 — схема его о!!11!ческой cI!cre3I«I; ня фиг. 3 — вид Ilo стрелке Л ня фиг. !.

В«УТРи 13dKQ)»(I!3oé камеРы 1, в нижней «(. 11!cTII. P Iclloc!o>I(oil 13Р;11цак)шийся ня оси 2 столик 8, ня котором установлена чаша 4 из кварца.

Ha;I столиком о и под пим м(1«тиро13(1«ы экраны 1 и 6, например»:, моли(деп». В pxllHII экран 7 имеет цснтр11льно(отверстие 7. а нижний эк()а(1 (> — це(11 pd, (ü(lo(-. Отве()сз ие <">, че()сз кото()ое 11()о(1> (ценс1 oL ü 2.

В верхнеи (асти камеры I имеются окна 9 и 10 из кварца, через которые проходят два потока лучистой энергии, обозначенные на чертеж пунктирными линиями. Эти потоки лучистой энергии создаются двумя электрическими дугами 11 и 12 и стража(отся в окна 9 11 10 от воп(утого зеркала 1 > .

Н а la((IN -У ((

Бл()годаря эксцентричному положению кра геров электрических дуг

11 и 12 относительно геометрической оси зеркала 13 каждый кратер создает свой горизонтальный поток лучистой энергии. После отражения от плоских зеркал 15 и 1б, установленных примерно под углом 45 к вертикали над окнами 9 и 10 из кварца, эти потоки лучистой энергии концентрируются на вершине кучки кремния 14 так, что действительные изобр;<жения кратеров электрических дуг накладываются одно на другое и фок"сируются в виде светящегося пятна 17, несколько "мещенпого относ)(те.г,но оси вращения массы кремния.

Для уменьшения потери лучистой энергии вогнутое зеркало 1,> и пл()ские зеркала 15 и 1б выполнены из металла или с I)I(e((I((m(покрытием из металла, а потери тепла за счет излучения его расплавом кремния 1(редо вращаются экранами 5 и 6.

Внутри камеры 1 оси потоков лучистой энергии находятся в одной плоскости, перiIc(lëèêó,lÿðíoé к плоскости слоя !8 расплавле((ного кре;(в ния.

Лучисгая энергия, концентрируемая на вершине кучки кремния И. поддерживает в верхней ее части в расплавленном состоянии ограниченный обьех(слоя 18, который отделяется от оощей мас,"ы за(нитным с,юем 19 отвердевшего вещества.

Нижняя часть кучки кремния 14 и чаша 4 из кварца поддерживаю(ся нагретыми при достаточно пизкой температуре (не вьппе 900"), при которой гарантируется отсутствие диффузии приме ей из стенок чаши 4 в гранулированный кремнии.

Из образующегося на вершине кучки кремния расплавленного . лоя

15 вытягивается монокристалл 20.

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

Эксцентричное расположение монокристалла 20, стержня 21 и направление вращения массы по счрелке Б обеспечивают наименьший путь»ерехода от добавляемого кремния к монскристаллу и наисольший путь расплавленного кремния, отходящего от места кристаллизации.

В случае необходимости вращающийся столик охлаждается во,чой, гюдводимой к нему через пустотелую ось.

Предмет изооретения

1. Способ плавления кремния для получения из его расплава монокристаллов путем вытягивания, о тл и ч а ю щи и с я тем, что, с целью ноьышения качества монокристаллов, верхнюю часть вращающейся массы гранулированного или порошкообразного кремния в виде усеченного конуса плавят воздействием получаемых, например, от электрических дуг, потоков лучистой энергии, проходящих осями в одной плоскости, перпе"дикулярной к поверхно"ти расплавленного кремния, и дающих на ней фокус лучей в точке, смешенной относитечьно оси вращения массы, с обраМ 13871 зованнсм расплава, ограниченного л1изу прослойкой затвердевшего раси авс1, ) BcI!o чоже1И10ГО на не )асг1 111 в lс11110и нижне!1 часTII массы к )ем пня.

2. Спос00 Ilo 11. ), o T. I H ч а IO IIL II и с Il TC .!I, RTo, c !1с,!ь10 0()cc!1P. I H IH места питания монокристалла све киA! чистым расплавом и поддержания постоянства уровня расплава, в последний периодически вводят кремний высокой чистоты.

3. Устройство для осушествл llllsl способа по !ill. 1 и 2, от,т 11 I а 10Iц с с с я тем, что Оно сОстОит из, вс!к) умной камеры, имеющей Б Ве!)х!!е11 части окна пз кварца, над которыми расположена оптическая зеркал III)II система, направляюшая потоки лучистой энергии внутрь камеры, н мо11тироваш!ого в нижней части камеры враша)ошегося столика с чашей нз кварца для массы гранулированного пли поро!пкообразн!)го кремния, причем для предотвращения потери тепла за счет излучения его расплавом кремния под сточиком и над ним укреплены экраны, например мог!Иоденовые. верхний из которых имеет окно для пропуска потоков !х шстоц энергии, а нижний отверстие для осн вращения столика.