Спосіб одержання монокристалів кремнію з необхідним вмістом вуглецю

Спосіб одержання монокристалів кремнію з необхідним вмістом вуглецю, що включає визначення концентрації атомів вуглецю на нижньому торці кристала, відрізання від його нижнього торця частини з підвищеним вмістом вуглецю, повторне 3 85176 тини вирощеного кристала від її початку до площини зникнення або переривання грані росту, а довжину бездефектної зони розраховують за наведеною формулою (див. патент України №26951, С 30 В 33/00, бюл. №8 від 29.12.99р.). Цей спосіб простий, швидкий, надійний і точний, дозволяє отримувати бездефектні монокристали кремнію. Однак він придатний лише для отримання без дислокаційних монокристалів кремнію або монокристалів з малою щільністю дислокацій і не може бути використаним для отримання монокристалів з допустимим вмістом вуглецю. Найбільш близьким до запропонованого, обраним нами за прототип, є спосіб отримання монокристалів кремнію, що включає визначення концентрації атомів вуглецю на нижньому торці кристала, відрізання від його нижнього торця частини кремнію, в якій концентрація вуглецю перевищує допустиму, повторне визначення концентрації атомів вуглецю на нижньому торці зливка (ГОСТ 19685 - 81, Кремний монокристалический в слитках. Технические условия). Даний спосіб дозволяє отримувати монокристали кремнію з допустимим вмістом вуглецю, але він є трудомістким і потребує додаткових витрат матеріалів, оскільки при реалізації цього способу на практиці відрізання частин зливка та подальші визначення концентрації атомів вуглецю треба виконувати декілька разів, доки визначена на нижньому торці зливка концентрація атомів вуглецю не стане рівною чи меншою за допустиму. Крім того, недоліком цього способу є можливі значні втрати придатного продукту, тому що довжина частини зливка, що відрізається, вибирається довільно і може бути істотно більшою за необхідну. Задачею винаходу є створення такого способу отримання монокристалів кремнію з допустимим вмістом вуглецю, у якому за рахунок визначення довжини частини зливка з підвищенним вмістом вуглецю забезпечується підвищення % виходу годної продукції, зменшення витрат часу та матеріалів на виготовлення монокристалів. Поставлена задача вирішується запропонованим способом отримання монокристалів кремнію з допустимим вмістом вуглецю, що включає визначення концентрації атомів вуглецю на нижньому торці кристала, відрізання від його нижнього торця частини з підвищеним вмістом вуглецю, повторне визначення концентрації атомів вуглецю на нижньому торці зливка, у якому довжину частини монокристала з підвищеним вмістом вуглецю розраховують за формулою (1): 3,4(m - g доп × M) L= pD2 r , де L - довжина частини монокристала з підвищенним вмістом вуглецю, см; m - маса монокристала, г; g доп - масова частка розплаву, що закристалізувалась у монокристал з допустимим вмістом вуглецю; 4 M - маса розплаву, г; D - діаметр монокристала, см; r - густина кремнію, що дорівнює 2,33 г/см -3. Спосіб здійснюється таким чином. Від вирощеного монокристала кремнію з обох його кінців за допомогою алмазних кругів відрізають конусоподібні частини, отримують таким чином зливок циліндричної форми і вимірюють його діаметр D та масу m. На нижньому торці зливка фотометричним методом визначають концентрацію атомів вуглецю. Якщо визначена концентрація атомів вуглецю перевищує допустиму, розраховують довжину частини зливка з підвищеним вмістом вуглецю у такий спосіб. З початку визначають масову частку g1 розплаву, що фактично закристалізувався у монокристал масою m, за формулою: g1=m/М. Потім з наведеного на рисунку 1 графіку визначають величину відношення визначеної концентрації атомів вуглецю на нижньому торці зливка С 1 до початкової концентрацією атомів вуглецю у розплаві C0 для масової частки розплаву g1. За визначеною таким чином величиною С 1/C0 знаходять початкову концентрацією атомів вуглецю у розплаві C0. Далі визначають величину відношення допустимої концентрації атомів вуглецю С доп. до початкової концентрації атомів вуглецю у розплаві C0. Потім з наведеного графіку за величиною Сдоп/C0 знаходять масову частку розплаву ggon» що закристалізувався у монокристал з допустимим вмістом вуглецю, і розраховують довжину частини монокристала з підвищенним вмістом вуглецю L за формулою (1). Від нижнього торця зливка лінійкою відкладають розраховану величину L, роблять мітку і потім ріжуть монокристал алмазним кругом по зробленій мітці. Після відрізання частини зливка виконують повторне визначення концентрації атомів вуглецю на нижньому торці кристала С2. Приклад 1.У кварцовий тигель завантажили 45 кг кремнієвої сировини, розплавили її і витягнули з розплаву на затравку монокристал кремнію. Зливок охолодили, відокремили від затравки і вивантажили з печі. З обох кінців зливка за допомогою алмазних кругів відрізали конусоподібні частини і отримали таким чином зливок циліндричної форми діаметром D= 158мм і масою m = 37,8 кг. На нижньому торці зливка фотометричним методом визначили концентрацію атомів вуглецю С1=6,2.1016см -3 при допустимій концентрації Сдоп=4,5.1016см -3. Розрахували масову частку розплаву gi, що фактично закристалізувався у монокристал масою 37,8 кг, за наведеною вище формулою: g1=37,8:45=0,84. Далі по наведеному графіку за розрахованою величиною g1=0,84 знайшли величину С1/C0=5,6, звідки визначили початкову концентрацію атомів вуглецю у розплаві С 0= 6,2.1016:5,6=1,11.1016см -3) і розрахували величину відношення допустимої концентрації атомів вуглецю до початкової концентрації вуглецю у розплаві Сдоп/С0=4,5.1016:1,1.1016=4,09. З наведеного графіка за розрахованою величиною С доп/C0 визначили масову частку розплаву gдоп=0,78, що 5 85176 закристалізувався у монокристал з допустимим вмістом вуглецю, і потім розрахували величину L за наведеною вище формулою (1), підставив числові значення: 3,4(37800 - 0,78 × 45000) L= = 5(см) 2 3,14 × (15,8 ) × 2,33 . Розраховану величину L=5 см (50 мм) відклали від нижнього торця зливка, зробили мітку і по ній алмазним кругом відрізали частину моно 6 кристала. Після цього виконали повторне визначення концентрації атомів вуглецю С2 на нижньому торці, яка стала рівною 4,47.1016 см -3 і меншою за допустиму. Приклад 2. У таблиці наведені результати обробки 9 вирощених зливків кремнію, на нижньому торці яких після відрізання конусоподібних частин концентрація атомів вуглецю перевищувала допустиме значення. Таблиця Номер зливка 1-372 1-356 1-364 1-367 2-517 2-532 2-546 3-441 3-444 D, см 157,0 159,5 157,5 156,5 158,0 157,0 159,0 158,5 159,5 m, r 38,60 34,02 40,04 39,84 32,60 38,60 38,81 39,80 28,99 М, кг 45 39 45 45 39 45 45 45 35 . 16 . 4,5 10 4,5.1016 4,5.1016 4,5.10'6 4,5.1016 4,5.1016 4,5.1016 4,5.1016 4,5.1016 Як можна побачити з експериментальних даних, запропонований спосіб дозволяє отримувати монокристали кремнію з допустимим вмістом вуг Комп’ютерна в ерстка Д. Шев ерун С1, см -3 Сдоп, см 16 9,0 10 6,3.1016 5,9.1016 7,4.1016 6,7.1016 6,9.1016 6,1.1016 9,7.1016 6,5.1016 L, мм 125 40 35 75 60 70 40 120 55 C2, см -3 . Точність 16 4,8 10 4,0.1016 4,8.1016 4,4.1016 4,6.1016 4,5.1016 4,9.1016 4,1.1016 4,6.1016 93,3 90 93,3 97,8 97,8 100 91,1 91,1 97,8 лецю з точністю не нижче за 90%, що знаходиться в межах встановленої похибки вимірювань для даного методу визначення концентрації вуглецю. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601