Спосіб легування кристалів в процесі вакуумної плавки

Спосіб легування кристалів в процесі вакуумної плавки, що здійснюють шляхом подачі з випарника через сопло паропроводу на розплав потоку легуючої речовини, який відрізняється тим, що потік легуючої речовини після виходу з сопла пропускають через отвір в екрані, встановленому паралельно поверхні розплаву. Корисна модель відноситься до області металургії напівпровідників і може бути використана при отриманні легованих кристалів елементарних напівпровідників, напівпровідникових з'єднань, а також інших матеріалів і сплавів, що вирощуються вакуумною плавкою. Однією з основних вимог при виробництві монокристалів напівпровідників є отримання з високою відтворюваністю мінімального розкиду питомого опору. Забезпечення цієї умови вимагає постійності подавання на розплав в процесі плавки кількості легуючої речовини. Відомий спосіб легування монокристалів, в якому постійність кількості легуючої речовини, що подається на розплав, здійснюється шляхом підтримки у випарнику постійного тиску пари легуючої речовини [див. пат. ФРН №1544276, кл. В01J 17/00, 1976]. Недоліком цього способу є те, що для забезпечення високої точності легування, процес легування значно ускладнюється із-за необхідності строгої підтримки тиску у випарнику. Найбільш близьким по сукупності ознак до способу, що заявляється є спосіб легування монокристалів у вакуумі [а.с. СССР №403229, кл. В01J 17/06, 1973], при якому забезпечується постійність кількості легуючої речовини, що подається, за рахунок підтримки у випарнику тиску, при якому довжина вільного пробігу молекул легуючої речовини більш ніж в 1,5 разу перевищує розмір мінімального перетину потоку пари. Недоліком цього способу є забезпечення постійності кількості легуючої речовини, що подається, тільки в перетині паропроводу і неможливість забезпечення постійності подачі легуючої речовини на розплав. Це пояснюється тим, що форма потоку легуючої речовини, що виходить з сопла, є тілесний кут. Площа поперечного перетину цього потоку має різну величину залежно від відстані до сопла і виражається співвідношенням: (13) 16673 (11) UA 2 де S - площа поперечного перетину; h - відстань перетину від сопла; - тілесний кут потоку легуючої речовини. Протягом процесу плавки рівень поверхні розплаву, на який подається легуюча речовина, безперервно змінюється. Змінюється при цьому відстань його поверхні від сопла паропроводу. Оскільки поверхня розплаву має кінцеві розміри, то потік легуючої речовини не весь потрапляє на розплав, порушуючи таким чином постійність кількості легуючої речовини, що подається на розплав. Це і приводить до невідтворності процесу легування. В основу корисної моделі поставлено завдання розробити спосіб легування кристалів в процесі вакуумної плавки, в якому за рахунок пропускання легуючої речовини через отвір в екрані, забезпечується підвищення відтворюваності процесу легування і підвищення якості монокристалів. Для вирішення поставленого завдання в способі легування кристалів в процесі вакуумної плавки шляхом подачі з випарника через сопло паропроводу на розплав потоку легуючої речовини, згідно з корисною моделлю, потік легуючої речовини після виходу з сопла пропускають через отвір в екрані, встановленому паралельно поверхні розплаву. При цьому на розплав потрапляє тільки постійна, строго визначена частина потоку легуючої речовини, направлена перпендикулярно до розплаву. площа поперечного перетину якого не залежить від відстані до поверхні розплаву, і забезпе U h2tg2 (19) S 3 16673 чується відтворюваність процесу легування. На Фіг. представлена схема установки для процесу легування за запропонованим способом, яка містить випарник 1, до якого приєднаний трубопровід 2 з соплом 3 і екран 4, розташований між соплом трубопроводу і розплавом 5. Розплав знаходиться у кварцовому тиглі 6, який поміщений в графітову підставку 7. Нагрів розплаву здійснюється графітовим нагрівачем 8, бічний екран 9 захищає стінки печі від високих температур нагрівача. Вирощуваний кристал 10 на затравці розташований осисиметрично тиглю з розплавом. Приклад Методом Чохральського вирощувалися кристали кремнію діаметром 101,5±1мм з розплаву, що створюється електронно-променевим нагрівачем. Маса завантаження складала 25кг, швидкість вирощування - 1,2мм/хв на початку і 0,5мм/хв в кінці процесу вирощування, швидкість обертання кристала - 5хв-1, швидкість обертання тигля - 10хв-1. Подача легуючої речовини на поверхню розплаву здійснювалася за допомогою трубопроводу, відстань між соплом трубопроводу і розплавом складала 15мм. Для регулювання кількості легуючої речовини, що подається на розплав, між соплом трубопроводу і розплавом встановлювали екран з отвором діаметром 3мм, відстань між соплом трубопроводу і екраном складала 7мм. Матеріалом для виготовлення екрану може бути графіт або молібден. Для забезпечення постійності тиску пари легуючої речовини у випарнику підтримувалася Комп’ютерна верстка А. Крулевський 4 температура в діапазоні 30±1°С, при цій температурі довжина вільного пробігу молекул легуючої речовини не менше ніж в 1,5 разу перевищувала розмір мінімального перетину трубопроводу. У якості легуючої речовини використовували як чистий фосфор або хлорид фосфору. Для регулювання подачі кількості легуючої речовини на поверхню розплаву змінювали відстань між екраном і соплом трубопроводу в межах від 2 до 7мм або змінювали діаметр отвору в екрані від 1 до 5мм. Після закінчення процесу вирощування монокристалів проводили вимірювання питомого електричного опору по їх довжині, крок вимірювання складав 10мм. За наслідками вимірювань питомого електричного опору визначали його середньоарифметичне значення і оцінювали результати процесу легування. Зіставляючи отримані результати із заданою величиною приймали вибране положення екрану між соплом трубопроводу і екраном, проводили вирощування промислової партії монокристалів кремнію. Корисна модель, що заявляється, забезпечує значне підвищення точності легування, що в свою чергу підвищує якість монокристалів за рахунок зменшення величини неоднорідності розподілу питомого електричного опору, збільшує вихід в готову продукцію, покращує техніко-економічні показники процесу вакуумної плавки. Спосіб може бути використаний і в інших видах вакуумних процесів, коли потрібна висока відтворюваність процесу легування. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601