Устройство для выращивания монокристаллов кремния

 

Изобретение относится к получению полупроводников. Устройство для выращивания монокристаллов кремния содержит плавильную камеру с колпаком и поддоном, тигель, систему охлаждения, нагреватель, магнитную систему. Плавильная камера снабжена сменной средней частью, выполненной в виде ступенчатого цилиндра с охлаждаемой рубашкой, установленной между поддоном и колпаком. Наружная поверхность рубашки средней части снабжена направляющими элементами под обмотку магнитной системы. Средняя часть снабжена распорным устройством, выполненным в виде регулируемых упоров, расположенных равномерно по периметру камеры, установленных между корпусом и крышкой средней части. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области получения полупроводниковых материалов и может быть использовано в оборудовании для выращивания монокристаллов кремния методом Чохральского.

Известно устройство для выращивания монокристаллов кремния, которое содержит охлаждаемую плавильную камеру, нагреватель, тигель, затравкодержатель и механизмы их вращения и перемещения [1] Недостатком известного устройства является то, что в структуре выращенного монокристалла не исключено появление периодической неоднородности и повышенного содержания кислорода, что снижает качество выращенных монокристаллов.

Эти недостатки устранены в устройстве для выращивания монокристаллов кремния [2] которое является наиболее близким к предлагаемому устройству и содержит плавильную камеру, нагреватель, систему охлаждения, тигель, затравкодержатель и механизмы их вращения и перемещения. Устройство снабжено магнитной системой, установленной снаружи корпуса плавильной камеры, в зоне расплава и имеет систему охлаждения. Это устройство принято за прототип.

Недостатком известного устройства является то, что при выращивании в одной и той же камере монокристаллов разного диаметра из тиглей меньшего диаметра из-за удаления магнитной системы от стенок тигля резко увеличивается энергопотребление магнитной системы. Кроме того, магнитная система имеет большие габариты и металлоемкость, так как устанавливается снаружи камеры, снабжена сложной системой охлаждения.

В предложенном устройстве эти недостатки устранены. Снабжение плавильной камеры несколькими средними частями в виде ступенчатого цилиндра со ступенью меньшего диаметра, соразмерной диаметру тигля, с размещением магнитной системы на этой ступени позволяет уменьшить зазор между магнитной системой и стенкой тигля, выбирая его оптимальным для каждого размера тигля, что значительно сокращает энергопотребление магнитной системы. Выполнение ступени большего диаметра, равной диаметру поддона и колпака, позволяет устанавливать сменные средние части на одном оборудовании между поддоном и колпаком без перенастройки. Выполнение обмотки магнитной системы на охлаждаемой рубашке средней части камеры между направляющими элементами увеличивает площадь охлаждения с использованием элементов охлаждения средней части плавильной камеры, что упрощает конструкцию системы охлаждения магнитной системы и уменьшает расход воды.

За счет снабжения средней части распорным устройством, выполненным в виде регулируемых упоров, расположенных равномерно по периметру камеры, подкрепляется консольно расположенная верхняя часть, что повышает надежность устройства.

Таким образом, за счет перечисленных признаков обеспечивается возможность выращивания на одном оборудовании в магнитном поле монокристаллов из тиглей разного диаметра с минимальными затратами электроэнергии и воды.

На фиг. 1 изображена плавильная камера предлагаемого устройства в зоне размещения магнитной системы; на фиг.2 поперечный разрез А-А плавильной камеры в зоне размещения направляющих элементов; на фиг.3 плавильная камера с магнитной системой и распорным устройством.

Устройство содержит плавильную камеру 1, между колпаком 2 и поддоном 3 которой установлена средняя часть 4. Средняя часть 4 выполнена ступенчатой, на наружной поверхности рубашки 11 охлаждения средней части меньшего диаметра выполнены направляющие элементы 5, между этими элементами расположена обмотка магнитной системы 6. Верхняя консоль средней части поддерживает распорное устройство 7 в виде регулируемых упоров 8, расположенных равномерно по периметру камеры. В плавильной камере размещен нагреватель 9 и тигель 10. Устройство комплектуется несколькими средними частями с различными диаметрами меньшей ступени и одинаковыми диаметрами большой.

Устройство работает следующим образом.

При выращивании монокристаллов различного диаметра из тиглей различного диаметра выбирается та средняя часть, которая обеспечивает минимальное расстояние между магнитной системой и стенкой тигля. Производят загрузку тигля, расплавление шихты, затравливание и выращивание монокристалла. В процессе выращивания на расплав воздействуют магнитным полем, создаваемым магнитной системой 6, так как зазор между магнитной системой и стенками тигля выбран минимальным, то энергопотребление магнитной системы, необходимое для создания требуемого магнитного поля, будет минимальным. В процессе выращивания система охлаждения охлаждает корпус плавильной камеры и магнитной системы. Поскольку обмотка магнитной системы выполнена на охлаждаемой рубашке средней части между направляющими элементами 5, то рубашка и направляющие элементы, являясь элементами системы охлаждения, увеличивают площадь охлаждения, упрощая конструкцию системы охлаждения и уменьшая расход воды.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ КРЕМНИЯ, содержащее плавильную камеру с колпаком и поддоном, тигель, систему охлаждения, нагреватель, магнитную систему, отличающееся тем, что плавильная камера снабжена сменной средней частью, которая выполнена в виде ступенчатого цилиндра с охлаждаемой рубашкой с ступенью меньшего диаметра, соразмерной диаметру тигля, большего диаметра, равного диаметру поддона и колпака и установлена между поддоном и колпаком, а магнитная система расположена на ступени меньшего диаметра.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что наружная поверхность рубашки средней части снабжена направляющими элементами под обмотку магнитной системы, обмотка выполнена на наружной поверхности рубашки между направляющими элементами.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средняя часть снабжена распорным устройством, выполненным в виде регулируемых упоров, расположенных равномерно по периметру камеры, установленных между корпусом и крышкой средней части.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3