RU2010670C1

RU2010670C1 - Method of making plates

Info

Publication number: RU2010670C1
Application number: RU93013961A
Authority: RU
Inventors: В.А. Кулинченко; В.Г. Масленников; С.А. Новоселов; И.В. Калошин
Original assignee: Акционерное общество "Компакт Лтд"
Priority date: 1993-03-17
Filing date: 1993-03-17
Publication date: 1994-04-15

Abstract

FIELD: casting production. SUBSTANCE: method of casting plates, for example of silicium, comprises steps of forming a liquid film of an initial material on a liquid substrate in a bath; simultaneous cooling of the substrate from downwards and the film from upwards till a temperature less, than material crystallization temperature at heating up lateral walls of the bath till temperature more, than the material crystallization temperature; providing contact of a seed with the melt film in its central zone with subsequent separation of the plate to upstairs with the aid of the seed. EFFECT: enhanced efficiency. 1 cl, 7 dwg

Description

Назначение изобретения - получение пластин из расплавов материалов, преимущественно полупроводников, например, из кремния, сплавов кремния и германия и т. п. The purpose of the invention is the production of plates from melts of materials, mainly semiconductors, for example, from silicon, silicon and germanium alloys, etc.

Область применения изобретения - изготовление элементов для солнечных батарей, подложек для интегральных схем, применяемых в энергетике, электронике. The scope of the invention is the manufacture of cells for solar panels, substrates for integrated circuits used in energy, electronics.

Известен способ изготовления пластин из кремния путем стягивания ленты из полупроводникового материала с поверхности расплавленного металла, например, свинца. В способе сочетаются черты процесса вытягивания кристаллов из расплава и литья. Для осуществления этого способа используют аппарат в виде установки для горизонтальной плавки (см. источник). A known method of manufacturing silicon wafers by pulling a tape of semiconductor material from the surface of a molten metal, for example, lead. The method combines the features of the process of drawing crystals from the melt and casting. To implement this method, use the apparatus in the form of a unit for horizontal melting (see source).

Для этого в кварцевой трубе круглого или прямоугольного сечения размещают графитовый тигель или лодочку (ванну), наполненную расплавом свинца, при этом мениск расплава должен быть выше бортов лодочки (ванны). Лодочку нагревают с помощью нагревателя, выполненного с возможностью перемещения вдоль трубы. For this, a graphite crucible or boat (bath) filled with lead melt is placed in a round or rectangular quartz tube, while the meniscus of the melt should be higher than the sides of the boat (bath). The boat is heated using a heater configured to move along the pipe.

С одного конца трубы на поверхность расплавленного металла (свинца) подают исходный материал (кремний) в виде поликристаллических прутков или порошка. Прутки плавят в средней части лодочки. На другом конце лодочки на поверхности жидкой подложки (расплаве свинца) плавает тонкая кремниевая лента-затравка, зажатая вне печи в приспособлении для вытягивания. В результате плавления заготовок на подложке образуется жидкая пленка кремния, которая кристаллизуется от затравки и стягивается с зеркала расплава в виде ленты. При этом максимальную температуру, соответствующую точке плавления кремния (1420^оС) создают в середине лодочки, а ближе к ее концам температура не намного превышает точку плавления свинца (327^оС).From one end of the pipe to the surface of the molten metal (lead) serves the source material (silicon) in the form of polycrystalline rods or powder. The rods melt in the middle of the boat. At the other end of the boat on the surface of the liquid substrate (lead melt) floats a thin silicon ribbon-seed, clamped outside the furnace in a device for drawing. As a result of the melting of the preforms, a liquid silicon film is formed on the substrate, which crystallizes from the seed and is pulled together from the melt mirror in the form of a tape. In this case the maximum temperature corresponding to the melting point of silicon (1420 ° ^C) in the middle of creating the boat, and is closer to its ends temperature is not much higher than the melting point of lead (327 ° ^C).

Основными недостатками описанного прототипа являются значительные трудности при его реализации, связанные с нерегулированием тепловых полей в рабочей зоне установки, и низкая производительность процесса. The main disadvantages of the described prototype are significant difficulties in its implementation, associated with unregulated thermal fields in the working area of the installation, and low productivity of the process.

Целью изобретения является упрощение способа при высокой производительности процесса литья пластин. The aim of the invention is to simplify the method with high productivity of the process of casting plates.

Высокая производительность при получении изделия в виде пластины предложенным способом достигается благодаря скоростной кристаллизации переохлажденного расплава пленки. High performance upon receipt of the product in the form of a plate by the proposed method is achieved due to high-speed crystallization of the supercooled film melt.

На фиг. 1, 2 и 3 представлена схема устройства; на фиг. 4 - 7 - стадии технологического процесса. In FIG. 1, 2 and 3 shows a diagram of a device; in FIG. 4 - 7 - stages of the technological process.

Устройство реализации предлагаемого способа должно иметь в качестве основных конструктивных элементов ванну 1 для размещения в ней жидкой подложки, нагреватель 2, размещенный под ванной, нагреватель 3 для подогрева боковых стенок ванны и экран 4, выполненный с возможностью вертикального перемещения (фиг. 1, 2 и 3). Ванна 1 может иметь в зависимости от заданной формы получаемой пластины, прямоугольную (фиг. 2), круглую (фиг. 3) или иную форму. На виде сверху экран 4 повторяет форму внутренней полости ванны 1, но имеет меньшие габаритные размеры, чем эта полость. Экран 4, изготовленный, например, из графита выполнен сборным из двух частей с возможностью закрепления между ними затравки. В комплект оборудования должно входить также дозирующее устройство 5, предназначенное для подачи порции исходного материала через загрузочное отверстие 6 в экране 4 (фиг. 4). A device for implementing the proposed method should have, as the main structural elements, a bath 1 for placement of a liquid substrate in it, a heater 2 located under the bath, a heater 3 for heating the side walls of the bath and a screen 4 made with the possibility of vertical movement (Fig. 1, 2 and 3). Bath 1 may have, depending on the given shape of the resulting plate, rectangular (Fig. 2), round (Fig. 3) or other shape. In a top view, the screen 4 repeats the shape of the inner cavity of the bath 1, but has smaller overall dimensions than this cavity. The screen 4, made, for example, of graphite is made prefabricated in two parts with the possibility of fixing between them the seed. The set of equipment should also include a metering device 5, designed to feed a portion of the source material through the loading hole 6 in the screen 4 (Fig. 4).

В качестве примера осуществления предлагаемого способа может быть предложен процесс получения пластины из кремния. As an example of the implementation of the proposed method, a process for producing a silicon wafer can be proposed.

На подготовительной стадии технологического процесса в ванну 1, изготовленную из графита, помещают заготовку из свинца с заданным объемом, исходя из того, чтобы расплав свинца расположился в ванне ниже ее бортов на 2 - 3 мм. Между двумя частями экрана 4 закрепляют затравку из кремния в виде стержня диаметром 1 - 5 мм с монокристаллической структурой. Затем нагревательную камеру заполняют инертным газом и включают нагреватели 2 и 3. At the preparatory stage of the technological process, a lead blank with a predetermined volume is placed in a bath 1 made of graphite, based on the fact that the lead melt is located in the bath 2 to 3 mm below its sides. Between the two parts of the screen 4, a silicon seed is fixed in the form of a rod with a diameter of 1-5 mm with a single-crystal structure. Then the heating chamber is filled with inert gas and heaters 2 and 3 are turned on.

После того, как рабочая температура свинца в ванне достигнет 1470^оС (т. е. на 50^оС выше плавления кремния), на его поверхность подают из дозирующего устройства 5 порцию кремния в виде порошка, гранул или расплава. Для получения, например, пластины с размерами 100х100х0,5 мм потребуется около 11 г кремния.After working the lead bath temperature reaches ^about 1470 C (m. E. At 50 ° C above ^the melting point of silicon) on the surface thereof is fed from the dispenser 5 silicon portion in the form of powder, granules or melt. To obtain, for example, a plate with dimensions of 100x100x0.5 mm, about 11 g of silicon will be required.

После того, как кремний образует жидкую пленку на подложке из свинца (фиг. 4) начинают понижать температуру нагревателя 2 и опускают экран 4 вниз так, чтобы затравка не доходила до поверхности пленки на 2 - 3 мм (фиг. 5). При этом температуру боковых стенок ванны 1 поддерживают с помощью нагревателя 3 выше темепратуры плавления кремния на 30 - 50^о. При понижении температуры свинца в ванне до 1370 - 1320^оС, экран 4 перемещают вниз так, чтобы затравка погрузилась в расплав кремния (фиг. 6), в результате чего произойдет спонтанная кристаллизация пленки с образованием пластины.After silicon forms a liquid film on a lead substrate (Fig. 4), the temperature of heater 2 is lowered and screen 4 is lowered so that the seed does not reach the film surface by 2–3 mm (Fig. 5). When the temperature of the side walls of the bath 1 is maintained by the heater 3 above silicon temepratury melting at 30 - ⁵⁰ °. When the temperature of lead in the bath decreases to 1370 - 1320 ^о С, the screen 4 is moved down so that the seed is immersed in the silicon melt (Fig. 6), as a result of which spontaneous crystallization of the film will occur with the formation of a plate.

Отделение пластины от жидкой подложки осуществляют посредством затравки. Для этого экран 4, в котором закреплена затравка, перемещают вверх так, как это показано на фиг. 7. The separation of the plate from the liquid substrate is carried out by seed. To this end, the screen 4, in which the seed is fixed, is moved upward as shown in FIG. 7.

В дальнейшем затравку отделяют от пластины и осуществляют охлаждение пластины в заданном режиме. Subsequently, the seed is separated from the plate and the plate is cooled in a predetermined mode.

Описанный способ позволяет получить пластину заданного размера, с ориентированной структурой материала и гладкой поверхностью, не нуждающейся в механической обработке. (56) Патент США N 3031275, кл. 156 - 617, 1962. The described method allows to obtain a plate of a given size, with an oriented structure of the material and a smooth surface that does not need machining. (56) U.S. Patent No. 3,031,275, cl. 156 - 617, 1962.

Claims

METHOD FOR PRODUCING PLATES, for example, from silicon, comprising feeding a portion of the starting material to a liquid substrate placed in a bath, forming a film, cooling, crystallizing this film from a seed to obtain a plate and separating the latter from the substrate, characterized in that, in order to simplify the method and to increase its productivity, the method is carried out using a screen in the form of a cover in which a seed made in the form of a rod is fixed, after forming a liquid film on each substrate, they are cooled from the bottom to the bottom the crystallization temperature of the film material, while the temperature of the side walls of the bath is maintained above the crystallization temperature of the film material, then the end-face seed is brought into contact with the surface of the liquid film in its central zone, and the plate is separated from the substrate by moving up the seed together with the screen.