CZ6682U1 - Zařízení k pěstování monokrystalů polovodičového křemíku metodou Czochralsklho - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká zařízení pro pěstování monokrystalů polovodičového křemíku metodou Czochralskiho.

Dosavadní stav techniky

Pěstování monokrystalů polovodičového křemíku tažením z taveniny na zárodku metodou Czochralskiho je jednou z nejrozšířenějších a průmyslově nejpoužívanějších metod přípravy tohoto základního materiálu pro elektroniku. Používá se všude tam, kde se požaduje velký průměr připravovaných krystalů, relativně velká koncentrace elektricky aktivních příměsí a kde nevadí, případně je i technologicky příznivá vyšší koncentrace kyslíku ve vyrobených monokrystalech křemíku. Tavba se provádí v uzavřené pracovní komoře ve vakuu nebo při nízkém tlaku v průtočném prostředí inertního plynu nebo plynu nereagujícího s roztaveným křemíkem. Tzv. teplotní uzel je tvořen koaxiální soustavou složenou z rostoucího monokrystalu křemíku, taveniny křemíku v křemenném kelímku vloženém do podpůrného grafitového kelímku, jenž je obklopen grafitovým nahřívatelem a vnější izolační soustavou několika grafitových zrcadel, případně vyplněnou grafitovou plstí. Optimalizace teplotních podmínek v průběhu procesu pěstování monokrystalů metodou Czochralskiho, na kterých závisí parametry vyrobených monokrystalů, úspěšnost růstu a ekonomičnost výroby se velmi složitě a citlivě zajišťuje stabilizací a řízením tepelného výkonu nahřívatele, rychlosti posuvu a rotace monokrystalu, rychlosti posuvu a rotace křemenného kelímku. Zvlášť obtížná je optimalizace teplotních podmínek v končící fázi růstu monokrystalu, kdy se prudce mění poměr plochy povrchu k objemu taveniny a snižuje se účinnost převodu tepla z nahřívatele. V této fázi procesu pěstování monokrystalů si různá hlediska jako např. maximální využití navážky a objemová, radiální i axiální homogenita vlastností vyrobeného monokrystalu, vynucují protichůdné technologické zásahy, takže za stávajících podmínek není komplexní stabilizace podmínek prakticky možná.

Podstata technického řešení

Uvedené nedostatky do značné míry odstraňuje zařízení pro pěstování monokrystalů polovodičového křemíku metodou Czochralskiho podle tohoto technického řešení, které spočívá v tom, že sestává z koaxiální soustavy grafitového nahřívatele, grafitového kelímku a křemenného kelímku, kde stěna grafitového kelímku je alespoň ve své spodní polovině opatřena průchozími přihřívacími průzory, přičemž tyto přihřívací průzory zaujímají 5 až 50 % plochy grafitového kelímku a jsou rovnoměrně rozloženy po obvodu a radiálně k povrchu stěny grafitového kelímku. Výhodou zařízení podle tohoto technického řešení je zvýšení efektivity pěstování monokrystalů křemíku, omezení četnosti nezdarů a výskytu krystalograficky defektních monokrystalů. Současně eliminuje nebezpečí zatuhnutí taveniny od stěn kelímku a zmenšuje se hmotnost technologicky nezpracovatelného zbytku taveniny křemíku v křemenném kelímku o 30 až 50 I.

-1CZ 6682 Ul

Přehled obrázků na výkrese

Technické řešení bude blíže osvětleno na výkrese, na kterém obrázek znázorňuje teplotní uzel zařízení pro pěstování monokrystalu křemíku metodou Czochralskiho tvořený koaxiální soustavou složenou z rostoucího monokrystalu, taveniny křemíku v křemenném kelímku, vloženém do podpůrného kelímku, který je obklopen grafitovým nahřívatelem a vnější izolační soustavou grafitových zrcadel .

Příklady provedení

Příprava bezdislokačních monokrystalů křemíku vysoce dotovaných borem na koncentraci 5.10¹⁸ at/cm až 5.10¹⁹ at/cm, odpovídající rezistivitě 0,002 až 0,15 Ucm, p-typu elektrické vodivosti, které se zpracovávají na křemíkové elektrody, se provádí metodou Czochralskiho v zařízení, kde tepelný uzel je tvořen koaxiální soustavou. Soustava je složena z rostoucího monokrystalu 1, taveniny 2 křemíku v křemenném kelímku 3 o průměru 152 mm, uloženém do podpůrného grafitového kelímku 4, který je obklopen grafitovým nahřívatelem 5 a vnější izolační soustavou grafitových zrcadel 6, 16, vyplněnou grafitovou plstí 7. Tavba se provádí v uzavřené pracovní komoře v průtočném prostředí argonu Ar při tlaku 200 až 2500 Pa a průtoku 2 až 20 1/min. z navážky polykrystalického křemíku o hmotnosti 3 až 4 kg, tažením ze zárodku o krystalografické orientaci III. Ve spodní části grafitového kelímku 4 do výšky 55 mm jsou vytvořeny přihřívací průzory 9 ve formě průchozích zářezů o šířce 1 až 1,5 mm, rovnoměrně rozložených ve vzdálenosti 15 až 20 mm po obvodu grafitového kelímku 4, které jsou vedeny radiálně do jeho osy rotace. Řízením plošné hustoty, regulací umístění, resp. integrální plošné světlosti přihřívacích průzorů 9, lze regulovat přihřívací efekt. K optimalizaci objemového rozložení teploty a časového průběhu teploty taveniny 2 křemíku v křemenném kelímku 3 v průběhu pěstování monokrystalu 1 křemíku, zejména v končící fázi jeho růstu, kdy se prudce mění poměr plochy povrchu k objemu taveniny 2 křemíku dojde přímým tepelným vyzařováním grafitového nahřívatele 5 průchozími přihřívacími průzory 9 ve stěně 8 grafitového kelímku 4. Dochází k 10 až 20 % prodloužení stacionární části regulace teplotních podmínek růstu monokrystalu 1 a končící fáze růstu se vyznačuje plynulejšími změnami jednotlivých regulačních funkcí.

Claims (1)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   Zařízení pro pěstování monokrystalů polovodičového křemíku metodou Czochralskiho, sestávající z koaxiální soustavy grafitového nahřívatele, grafitového kelímku a křemenného kelímku, vyznačující se tím, že stěna (8) grafitového kelímku (4) je alespoň ve své spodní polovině opatřena průchozími přihřívacími průzory (9), zaujímajícími 5 až 50 % plochy grafitového kelímku (4) a rovnoměrně rozloženými po obvodu a radiálně k povrchu stěny (8) grafitového kelímku (4).