Спосіб вирощування монокристалів кремнію з розплаву

Корисна модель відноситься до області металургії напівпровідникових матеріалів, а саме до способів вирощування монокристалів кремнію з розплаву методом Чохральського. Відомий спосіб вирощування монокристалів кремнію [Нашельский А.Я., Производство полупро водниковы х материало в. - М.: Ме таллур гия, 1982] що базується на методі Чохральського, який полягає в кристалізації розплаву на затравці, яку витягають разом з нарощуваним на ній кристалом з швидкістю, приблизно рівній швидкості кристалізації, після закінчення процесу вирощування монокристал охолоджують до кімнатної температури. До недоліків способу відноситься те, що після відривання монокристала кремнію від розплаву, потужність на нагрівачі вимикають, при цьому швидкість охолоджування монокристала дуже велика, що приводить до виникнення термонапруг, які впливають на електрофізичні параметри вирощуваного монокристала. Також відомий спосіб виро щування монокристалі в кремнію [патен т RU №2076155, кл. С 30 В 15/04, 1997], в якому після вирощування і охолоджування монокристала проводять його додатковий відпал в спеціальних печах при температурі 350...500°С. Недоліком цього способу є те, що відпал доводиться проводити в додаткових печах, із-за чого порушується режим охолоджування монокристала і виникають додаткові витрати на устаткування і його обслуговування, електроенергію, а також збільшується час обробки монокристала до готової продукції. Найбільш близьким по сукупності ознак до способу, що заявляється, є спосіб вирощування монокристалів кремнію [Технологическая инструкция "Производство поли- и монокристаллического кремния методом Чохральского, ТИ №18.02-90", Запорожский титано-магниевый комбинат, 1991], який полягає в тому, що процес вирощування монокристала кремнію з розплаву кремнію в установці типу "Редмет-30" ведуть в протоці інертного газу аргону у вакуумі, подальшим виключенням потужності на нагрівачі, охолоджуванням монокристала і його розвантаженням. Недоліком цього способу є те, що після відривання монокристала кремнію від розплаву, потужність на нагрівачі вимикають і монокристал переганяють у верхню камеру, при цьому швидкість охолоджування монокристала дуже велика, що приводить до виникнення термонапруг, які впливають на електрофізичні параметри монокристала що вирощується. В основу корисної моделі поставлено завдання розробити спосіб вирощування монокристалів кремнію з розплаву по методу Чохральського, в якому за рахунок регулювання швидкості охолоджування монокристалів, забезпечується їх плавне охолоджування, що зменшує термічну напругу в монокристалах і дозволяє підвищити електрофізичні параметри отримуваних монокристалів. Для вирішення поставленого завдання в способі вирощування монокристалів кремнію з розплаву по методу Чохральського, що включає вирощування монокристалів кремнію з розплаву кремнію, що знаходиться в кварцовому тиглі, шля хом введення кремнієвої монокристалічної затравки в розплав кремнію, вирощування "шийки", розрощування монокристала до заданого діаметра, вирощування циліндрової частини монокристала і "протилежного конуса", відривання монокристала від розплаву, о холоджування монокристала, відповідно до корисної моделі, після відривання від розплаву монокристал переміщають з швидкістю, рівній швидкості вирощування "протилежного конуса" на відстань, рівну 0,3...0,5 діаметра монокристала що вирощується, після чого переміщення монокристала зупиняють і витримують протягом 3 0 ...60 хвилин при потужності на нагрівачі, рівній потужності при вирощуванні монокристала, після чого потужність на нагрівачі вимикають і монокристал охолоджують до кімнатної температури. У пропонованому способі вирощування монокристалів кремнію з розплаву охолоджування вирощеного монокристала здійснюється за рахунок теплового потоку від нагрі вача і розплаву кремнію, що залиши вся в тиглі , при цьому заданий режим охолоджування монокристала кремнію здійснюється витримкою його кінцевої частини протягом 30...60 хвилин при потужності нагрівача, рівній потужності для вирощування монокристала. Запропонований режим зменшує термічну напругу в монокристалі, забезпечує поліпшення структурних властивостей і підвищення електрофізичних властивостей монокристала. При відстані менше ніж 0,3 діаметра монокристала відбувається неповна кристалізація розплаву на кінцевій частині монокристала, що приводить до утворення дислокацій, їх розповсюдження у вирощену частину монокристала і, як наслідок, порушення заданої бездіслокаційній структури монокристала. При відстані більше 0,5 діаметра монокристала відбувається інтенсивніше охолоджування його кінцевої частини, що призводить до зниження електрофізичних параметрів монокристала. Якщо витримувати монокристал менше 30 хвилин і проводити вимкнення нагрівача та відбуватиметься також інтенсивне охолоджування його кінцевої частини, що приводить до зниження електрофізичних параметрів. При витримці більше 60 хвилин підвищення електрофізичних параметрів не встановлено і це тільки приводить до збільшення тривалості процесу, що економічно недоцільно. Спосіб, що заявляється, було випробувано таким чином. Методом Чохральського в установках типу «Редмет-30» вирощувалися бездіслокаційні монокристали кремнію з кристалографічною орієнтацією , ді ам е тро м 1 5 0мм і к о нце н тра ці єю ле гуючо ї до м і шк и бо р у ві д 7•1015см-3 до 3•1016см-3. Після вирощування циліндрової частини і «протилежного конуса» монокристала проводили відривання монокристала від розплаву, монокристал переміщали з швидкістю, рівній швидкості вирощування "протилежного конуса", на відстань, рівну 0,3 діаметра монокристала що вирощують, після чого переміщення монокристала зупиняли і витримували протягом 30 хвилин при потужності на нагріванні, рівній потужності вирощування монокристала, після чого потужність на нагрівачі вимикали і монокристал охолоджували до кімнатної температури. Результати електрофізичних параметрів, усереднені за 100 процесів вирощування, а саме час життя нерівноважних носіїв заряду в монокристалах кремнію складав 14...16мкс. Методом Чохральського в установках типу «Редмет-30» вирощувалися бездіслокаційні монокристали кремнію з кристалографічною орієнтацією , ді ам е тро м 1 5 0мм і к о нце н тра ці єю ле гуючо ї до м і шк и бо р у ві д 7•1015см-3 до 3•1016см-3. Після вирощування циліндрової частини і «протилежного конуса» монокристала проводили відривання монокристала від розплаву, монокристал переміщали з швидкістю, рівній швидкості вирощування "протилежного конуса", на відстань, рівну 0,5 діаметра монокристала що вирощують, після чого переміщення монокристала зупиняли і витримували протягом 60 хвилин при потужності на нагрівачі, рівній потужності вирощування монокристала, після чого потужність на нагрівачі вимикали і монокристал охолоджували до кімнатної температури. Результати електрофізичних параметрів, усереднені за 100 процесів вирощування, а саме час життя нерівноважних носіїв заряду в монокристалах кремнію складав 20...22мкс. У разі вирощування монокристалів за відомим способом, час життя нерівноважних носіїв заряду в монокристалах кремнію складав 8...12мкс. Корисна модель, що заявляється, забезпечує значне підвищення електрофізичних параметрів, а саме часу життя нерівноважних носіїв заряду, що у свою чергу підвищує якість монокристала, збільшує ви хід в готову продукцію, покращує те хніко-економічні показники процесу вирощування монокристалів.