Устройство для выращивания монокристаллов

 

Использование: изобретение относится к области получения монокристаллов Чохральского. Сущность изобретения: устройство содержит камеру роста с верхней крышкой, фиксаторы, тигель для расплава, нагреватель, затравкодержатель с затравкой и горизонтальный тепловой экран, затравкодержатель с затравкой размещен внутри установленного на нем цилиндрического теплового экрана с крышкой. Последний соединен с горизонтальным тепловым экраном. Собранный тепловой экран размещают над тиглем с исходным материалом и ведут его плавление. После расплавления тепловой экран перемещают к крышке камеры и устанавливают на фиксаторах. Затем обычным способом ведут затравление и вытягивание кристалла. Устройство позволяет сократить время на расплавление исходного материала, снизить энергопотребление установки и увеличить выход бездислокационных кристаллов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Предлагаемое изобретение относится к технологии получения полупроводниковых материалов методом Чохральского.

Известно устройство для вытягивания кристаллов, включающее герметичную камеру роста, тигель для расплава, нагреватель, систему теплоизоляции, содержащую горизонтальный тепловой экран, соединенный с приводом его вертикального перемещения, и затравкодержатель с затравкой (см. заявка ФРГ N 3005492, МПК C 30 B 15/14, 1981 г.).

Недостатком устройства является его высокая мощность, обусловленная большими потерями тепла при плавлении исходного материала в тигле для расплава. Горизонтальный тепловой экран не может быть использован для экранирования тигля при плавлении исходного материала, так как он имеет центральное отверстие, размер которого превышает размер выращиваемого кристалла.

Кроме того, наличие специального привода для вертикального перемещения теплового экрана усложняет конструкцию устройства.

Известна установка для вытягивания монокристаллов из расплава, включающая герметичную камеру роста с верхней крышкой, тигель для расплава, установленный в полости нагревателя, затравкодержатель с закрепленной в нем затравкой, имеющий горизонтальный тепловой экран, и привод перемещения затравкодержателя (см. патент США N 3511610, НКИ 23-273, 1970 г.).

Это устройство является наиболее близким предложенному и принято авторами за прототип.

В устройстве-прототипе горизонтальный тепловой экран расположен непосредственно на затравкодержателе и перемещается вместе с ним. Он используется после расплавления кристалла и служит, в основном, для защиты затравки от ссыпки со штока моноокиси кремния. Такое расположение теплового экрана упрощает конструкцию установки по сравнению с устройством, описанным выше, так как не требует специального привода перемещения теплового экрана.

Однако известная установка также имеет высокую потребляемую мощность, связанную с потерями тепла при плавлении исходного материала.

Использование имеющегося теплового экрана для экранирования тигля с целью уменьшения тепловых потерь не представляется возможным, так как при расположении затравки над тиглем, во время расплавления исходного материала на ней конденсируется моноокись кремния и другие примеси. Кроме того, она может оплавиться, так как температура расплава в тигле выше температуры вытягивания. Все это делает проблематичным получение монокристаллов.

Сущность предложения заключается в том, что устройство для выращивания монокристаллов, включающее герметичную камеру роста с верхней крышкой, тигель для расплава, установленный в полости нагревателя, затравкодержатель с закрепленной в нем затравкой, имеющий горизонтальный тепловой экран, и привод перемещения затравкодержателя, снабжено фиксатором, закрепленным к крышке камеры, а затравкодержатель снабжен дополнительным тепловым экраном в виде полого цилиндра, верхняя часть которого имеет с внешней стороны кольцевой буртик, взаимодействующий с фиксатором, и расположена на затравкодержателе, а нижняя часть имеет крышку, установленную с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси, и соединена с горизонтальным тепловым экраном.

Кроме того, дополнительный тепловой экран также снабжен фиксатором, взаимодействующим с крышкой дополнительного теплового экрана.

Предложенная конструкция теплового экрана, состоящая из полого цилиндра, установленного на затравкодержателе, и крышки, закрывающей его нижнюю часть, на которой размещен горизонтальный тепловой экран, позволяет использовать его для экранирования тигля при расплавлении исходного материала. Для фиксации крышки в закрытом положении использован фиксатор, закрепленный на затравкодержателе.

При расположении такого теплового экрана непосредственно над тиглем он отражает большое количество лучистой энергии, излучаемой при плавлении. Это приводит к сокращению расхода электроэнергии на расплавление исходного материала и уменьшению мощности установки.

При этом затравка размещена внутри теплового экрана и защищена от конденсата моноокиси кремния, что повышает возможность получения бездислокационных монокристаллов.

Наличие фиксатора, закрепленного на крышке камеры, и буртика в верхней части цилиндрического экрана позволяет конструктивно просто освобождать затравку из теплового экрана для проведения процесса затравления и вытягивания монокристалла без применения специальных механизмов.

На фиг. 1 показана схема устройства для выращивания монокристаллов во время расплавления исходного материала.

На фиг. 2 представлена схема устройства для выращивания монокристаллов в момент затравления.

Устройство содержит камеру роста 1 с верхней крышкой 2, тигель 3 для расплава, установленный в подставке 4. Тигель 3 размещен в полости нагревателя 5, имеющего теплоизоляцию 6. В затравкодержателе 7 закреплена затравка 8. Вертикальное перемещение затравкодержателя 7 осуществляют приводом 9. Затравкодержатель 7 снабжен дополнительным тепловым краном 10 в виде полого цилиндра, верхняя часть 11 которого имеет с внешней стороны кольцевой буртик 12 и установлена на затравкодержателе 7. Нижняя часть 13 дополнительного теплового экрана 10 имеет крышку 14, которая при отклонении установленного на нем фиксатора 15 поворачивается относительно горизонтальной оси 16. На нижней части 13 теплового экрана 10 размещен горизонтальный тепловой экран 17. К верхней крышке 2 камеры роста 1 закреплен фиксатор 18, на котором устанавливают тепловой экран 9 на буртике 12.

Устройство работает следующим образом.

В кварцевый тигель 3 загружают исходный материал. На затравкодержатель 7 устанавливают дополнительный тепловой экран 10 с фиксатором 15. В нижней части 13 теплового экрана 10 размещают горизонтальный тепловой экран 17, закрывают ее торец крышкой 14 и фиксируют в закрытом положении фиксатором 15. Затем включают привод 9 перемещения затравкодержателя 7 и устанавливают собранный тепловой экран над тиглем 2 с исходным материалом. После этого подводят электропитание к нагревателю 5 и ведут плавление исходного материала.

После получения расплава затравкодержатель 7 с установленными на нем тепловым экраном приводом перемещения 9 поднимают вверх до тех пор, пока верхняя часть 11 дополнительного теплового экрана 10 буртиком 12 не зафиксируется на фиксаторе 18.

Затем затравкодержатель 7 уже без теплового экрана начинают перемещать вниз. При прохождении затравкодержателя в полости дополнительного теплового экрана 10 происходит контакт затравкодержателя 7 с фиксатором 15. При этом фиксатор 15 отклоняется и освобождает крышку 14, которая свободно поворачивается относительно горизонтальной оси 16 и открывает нижнюю часть 13 теплового 10 для дальнейшего прохождения затравкодержателя 7 с затравкой 8 до соприкосновения ее с расплавом исходного материала. После этого ведут вытягивание монокристалла.

Экранирование тигля при расплавлении исходного материала позволяет сократить время на расплавления исходного материала ≈ на 30% снизить мощность, потребляемую установкой в среднем в 1,5 раза. Кроме того, предложенная конструкция позволяет защитить затравку от конденсирования на ней моноокиси кремния и других примесей, что позволяет повысить вероятность получения бездислокационных кристаллов.

Формула изобретения

1. Устройство для выращивания монокристаллов, включающее герметичную камеру роста с верхней крышкой, тигель для расплава, установленный в полости нагревателя, затравкодержатель с закрепленной в нем затравкой, имеющий горизонтальный тепловой экран, и привод перемещения затравкодержателя, отличающееся тем, что устройство снабжено фиксатором, закрепленным к крышке камеры, а затравкодержатель снабжен дополнительным тепловым экраном в виде полого цилиндра, верхняя часть которого имеет с внешней стороны кольцевой буртик, взаимодействующий с фиксатором, и расположена на затравкодержателе, а нижняя часть имеет крышку, установленную с возможностью поворота относительно горизонтальной оси, и соединена с горизонтальным тепловым экраном.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительный тепловой экран снабжен фиксатором, взаимодействующим с крышкой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2