Устройство для выращивания ориентированных кристаллических слоев

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-еу— (22) Заявлено 020780 (21) 2966306/23-26 (51) М. Кл з

С 30 В 15/34 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет—

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий

Опубликовано 07 1 2д 2 Бюллетень ¹ 4 5 (53) УДК 6 21 3 1 5

Дата опубликования описания03.01.83.592(088.8) (7 ) Авторы изобретения

Йнститут физики твердого тела AH СССР (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ ОРИЕНТИРОВАННЫХ

КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ СЛОЕВ

Изобретение относится к полупроводниковой технике, к получению кристаллических слоев на опорных (неориентирующих) подложках, и может быть 5 использовано при изготовлении фото электрических преобразователей солнечной энергии большой площади для выращивания слоев кремния на кера.мических или графитовых подложках.

Известно устройство, содержащее тигелЪ, нагреватель, вытягивающий механизм и приспособление для поддержания уровня расплава в тигле постоянным(1 $.

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 желобообраэные тигли небольшого объема. 25

Однако при проведении процесса выращивания слоя необходима процедура "эатравливания", состоящая в переполнении тигля расплавом при помощи приспособления для регулирования уровня, приведении 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 любые отклонения параметров режима проведения процесса приводят к резким изменениям формы мениска.

Наиболее близким к изобретению является 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 имеющий острые рабочие кромки для подачи расплава на подложку(2 ). Это устройство предназначено для выращивания кристаллического слоя на подложке, в качестве которой выступает ленточный кристалл, выращенный из нижнего тигля. Пластины пи949979 тателя расположены параллельно подложке так, что подложка при перемещении ее с помощью механизма вытягивания скользит по наружной стороне Пластин питателя.

При этом между подложкой и пластиной питателя образуется капиллярный зазор, который при работе устройства заполняется расплавом из тигля аналогично зазору между пластинами питателя, что делает невозможным использование устройства, так как расплав из верхнего тигля по капиллярному зазору между пластиной питателя и подложкой-кристаллом проникает в нижний тигель. Недоотатком устройства является то, что работа его верхней части возможна при использовании предварительно подготовленных подложек, при этом площадь контакта подложки с расплавом вследствие его затекания в щель между питателем и подложкой определяется площадью пластины питателя, вдоль которой протягивается подложка. Значительная величина зоны контакта расплава с подложкой приводит к ухудшению25 качества выращиваемого слоя вследствие загрязнения расплава примесями.

Цель изобретения — снижение загрязнения примесями выращиваемых сло- Я() ев за счет уменьшения зоны расплава, контактирующего с подложкой, и увеличение производительноети.

Цель достигается тем, что устройство для выращивания ориентирован- Я ных кристаллических слоев на подложке, включающем тигель для расплава, установленный внутри нагревателя, подложку, соединенную с механизмом ее перемещения и питатель, вертикаль- но расположенный в тигле, выполненный из смачиваемых расплавом пластин, образующих между собой капилляр1 ный канал и имеющих острые рабочие кромки для подачи расплава на подложку,.последняя расположена перпендикулярно пластинам питателя.

Кроме того, пластины питателя выполнены П-образными и имеют с нижней стороны перекладины выемку с рабочими кромками.

А ттааккжже е ттеемм, что питатель выполнен в сечении Т-образным, а рабочие кромки расположены по периметру пластин.

Расположение подложки перпендикулярно пластинам питателя позволяет создавать при работе устройства узкую зону расплава, контактирующего в подложкой, уменьшая тем самым время 60 контакта и, следовательно загрязнение расплава.

На фиг.1 представлено устройство, общий вид; на фиг.2 — устройство с П-образным питателем для выращлва- 65 ния кристаллического слоя на верхней поверхности горизонтально протягиваемой подложки, общий вид; на фиг. 3устройство с питателем, имеющим в "ечении 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 крецится на экранах б. Экраны б 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 кристаллический слой 12.

Устройство работает следующим об- разом.

После плавления загрузка расплава поднимается по капиллярным каналам 4 питателя 3, приходит в контакт с подложкой 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 между кромками 13 и подложкой 9 (область II 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 между 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 па949979 раметров режима проведения процесса и, следовательно, позволяет выращивать однородный по толщине кристаллический слой (например, при выращивании кремниевых слоев толщина равна 0,16+0,04).

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

25

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, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью снижения загрязнения примесями выращиваемых слоев за счет уменьшения зоны расплава, контактирующего с подложкой, подложка расположения перпендикулярно пластинам питател;..

2. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, пласти.:. питателя выполнены П-образными и име" ют с нижней стороны перекладины выемку с рабочими крс мками.

3. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения производительности, питатель выполнен в сечении T-Образным, а рабочие кромки расположены по периметру пластин.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

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

2. Патент США 9 4022652, кл. В 01 3 17/18, 1977 (прототип) .

949979

Составитель A.Äîìáðoâñêàÿ .

Техред М.Коштура Корректор М.4емчик

Редактор Е.ХейФиц

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 10642/10 Тираж 371

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5