RU2378421C1 - Method of silicon crystals growth - Google Patents
Method of silicon crystals growth Download PDFInfo
- Publication number
- RU2378421C1 RU2378421C1 RU2008142793/15A RU2008142793A RU2378421C1 RU 2378421 C1 RU2378421 C1 RU 2378421C1 RU 2008142793/15 A RU2008142793/15 A RU 2008142793/15A RU 2008142793 A RU2008142793 A RU 2008142793A RU 2378421 C1 RU2378421 C1 RU 2378421C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- silicon
- melt
- crucible
- growing
- residues
- Prior art date
Links
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых материалов и может быть использовано для выращивания кристаллов кремния из кварцевых тиглей по методу Чохральского.The invention relates to a technology for producing semiconductor materials and can be used for growing silicon crystals from quartz crucibles according to the Czochralski method.
Известен способ выращивания кристаллов кремния из кварцевого тигля по методу Чохральского, включающий плавление и выращивание кристаллов, затвердевание остатков кремния в тигле при охлаждении (Сахаров Б.А и др. Металлургия и технология полупроводниковых материалов. М.: Металлургия, 1972. - 544 с.).A known method of growing silicon crystals from a quartz crucible according to the Czochralski method, including melting and growing crystals, solidification of silicon residues in a crucible during cooling (B. Sakharov et al. Metallurgy and technology of semiconductor materials. M .: Metallurgy, 1972. - 544 S. )
Однако известный способ не позволяет использовать кварцевый тигель после охлаждения дважды, что ведет к удорожанию процесса выращивания кристаллов кремния.However, the known method does not allow the use of a quartz crucible after cooling twice, which leads to an increase in the cost of the process of growing silicon crystals.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков является способ выращивания кристаллов, в том числе кремния, включающий плавление, выращивание кристалла кремния из расплава в камере печи с последующим охлаждением и удалением остатков расплава кремния из тигля (JP 45014892 В, 26.05.1970).The closest set of essential features is the method of growing crystals, including silicon, including melting, growing a silicon crystal from a melt in a furnace chamber, followed by cooling and removing residual silicon melt from a crucible (JP 45014892 B, May 26, 1970).
Однако использование данного способа не позволяет предотвратить разрушение кварцевого тигля. Кварцевый тигель хорошо смачивается расплавленным кремнием и после охлаждения затвердевшие остатки кремния и тигель механически прочно скреплены друг с другом, а так как коэффициенты термического расширения кварца и кремния существенно различаются, то при охлаждении они разламывают друг друга. Следовательно, кварцевый тигель можно использовать для выращивания одного или нескольких кристаллов только в полунепрерывном процессе, а в периодическом - только один раз, что значительно увеличивает затраты на выращивание кристаллов кремния.However, the use of this method does not prevent the destruction of the quartz crucible. A quartz crucible is well wetted by molten silicon, and after cooling, the hardened silicon residues and the crucible are mechanically firmly bonded to each other, and since the thermal expansion coefficients of quartz and silicon differ significantly, they break apart when cooled. Therefore, a quartz crucible can be used to grow one or several crystals only in a semi-continuous process, and in a batch process only once, which significantly increases the cost of growing silicon crystals.
Основная задача изобретения заключается в сокращении затрат на выращивание кристаллов кремния за счет исключения разрушения кварцевых тиглей и увеличения кратности их использования, а также возможности вторичного использования остатков кремния при последующем периодическом процессе выращивания кристаллов.The main objective of the invention is to reduce the cost of growing silicon crystals by eliminating the destruction of quartz crucibles and increasing the frequency of their use, as well as the possibility of recycling silicon residues in the subsequent periodic process of crystal growth.
Для решения поставленной задачи в способе выращивания кристаллов кремния из кварцевого тигля по методу Чохральского, включающем плавление, выращивание кристалла кремния из расплава в камере печи с последующим охлаждением и удалением остатков расплава кремния из тигля, удаление остатков расплава осуществляют путем создания перепада давления между камерами печи и резервуара-хранилища с одновременным перекачиванием остатков расплава кремния по трубке, один конец которой помещают в остаток расплава в тигле, а другой конец - в водоохлаждаемый резервуар-хранилище, при этом остаток расплава кремния, оставленный в кварцевом тигле, не должен превышать 10 мм.To solve the problem in a method of growing silicon crystals from a quartz crucible according to the Czochralski method, which includes melting, growing a silicon crystal from a melt in a furnace chamber, followed by cooling and removing silicon melt residues from a crucible, removing molten residues is carried out by creating a pressure differential between the furnace chambers and storage tank with simultaneous pumping of the remains of the silicon melt through a tube, one end of which is placed in the remainder of the melt in the crucible, and the other end in water cooling emy storage tank, wherein the molten silicon residue left in the quartz crucible should not exceed 10 mm.
Способ выращивания кристаллов кремния из кварцевого тигля по методу Чохральского включает расплавление, выращивание кристалла кремния из расплава в камере печи, с последующим охлаждением, причем сразу после выращивания кристалла осуществляют удаление остатка расплава кремния из тигля путем создания перепада давления между камерами печи и резервуаром-хранилищем с одновременным перекачиванием остатка расплава кремния по кварцевой трубке, один конец которой помещают в расплав остатка кремния в тигле, а другой - в водоохлаждаемый резервуар-хранилище.The Czochralski method of growing silicon crystals from a quartz crucible involves melting, growing a silicon crystal from a melt in a furnace chamber, followed by cooling, and immediately after growing the crystal, the remainder of the silicon melt is removed from the crucible by creating a pressure differential between the furnace chambers and the storage tank with by simultaneously pumping the remainder of the silicon melt through a quartz tube, one end of which is placed in the melt of the silicon residue in the crucible, and the other in a water-cooled cutter UAR storage.
По отношению к прототипу у предлагаемого способа имеются следующие отличительные признаки: после выращивания кристалла удаляют остаток расплава кремния из тигля путем создания перепада давления между камерами печи и резервуаром-хранилищем с одновременным перекачиванием остатка расплава кремния с помощью кварцевой трубки, при этом остаток расплава кремния, оставленный в кварцевом тигле, не должен превышать 10 мм.In relation to the prototype, the proposed method has the following distinctive features: after growing the crystal, the remainder of the silicon melt is removed from the crucible by creating a pressure differential between the furnace chambers and the storage tank while pumping the remainder of the silicon melt using a quartz tube, while the remaining silicon melt left in a quartz crucible, should not exceed 10 mm.
Перекачивание остатков расплава кремния из кварцевого тигля путем создания перепада давления в камерах печи и резервуаре-хранилище позволяет исключить разрушение кварцевого тигля и увеличить кратность его использования за счет того, что в очищенном от остатков кремния тигле не возникают термические напряжения между твердым кварцем и кремнием.Pumping the remnants of the silicon melt from the quartz crucible by creating a pressure differential in the furnace chambers and the storage tank eliminates the destruction of the quartz crucible and increases the frequency of its use due to the fact that thermal stresses between solid quartz and silicon do not occur in the crucible purified from silicon residues.
На чертеже представлено устройство для осуществления способа.The drawing shows a device for implementing the method.
В кварцевый тигель 1, помещенный в камеру печи 2, загружают порцию кремния, расплавляют, после чего осуществляют выращивание кристалла кремния.A quartz crucible 1 placed in the chamber of the furnace 2 is charged with a portion of silicon, melted, and then a silicon crystal is grown.
Затем в остаток расплава кремния в тигле помещают один конец кварцевой трубки 3 с помощью манипулятора, а другой конец в резервуар-хранилище 4, установленный в камере 5, соединенной с камерой печи 2 в единую систему через перегородку 6 по газовой среде. Создают перепад давления, вакуумируя камеру резервуар-хранилище или повышая давление в камере печи и одновременно перекачивают оставшийся расплав кремния из кварцевого тигля в резервуар-хранилище. Размер капли кремния, оставленный в кварцевом тигле не должен превышать 10 мм. Если размер капли будет более 10 мм, то образуются термические напряжения между твердым кварцем и кремнием, что ведет к растрескиванию тигля при охлаждении. После охлаждения из резервуара-хранилища, имеющего форму, близкую к форме кварцевого тигля, но меньших размеров, извлекают кремний в виде слитка, который после наружной протравки переносится в кварцевый тигель для последующего использования при выращивании кристаллов кремния.Then, one end of the quartz tube 3 is placed in the crucible of the silicon melt in the crucible using a manipulator, and the other end is placed in the storage tank 4 installed in the chamber 5 connected to the chamber of the furnace 2 into a single system through a partition 6 through a gaseous medium. A pressure drop is created by evacuating the storage tank chamber or increasing the pressure in the furnace chamber and at the same time transfer the remaining silicon melt from the quartz crucible to the storage tank. The size of a drop of silicon left in a quartz crucible should not exceed 10 mm. If the droplet size is more than 10 mm, thermal stresses are formed between solid quartz and silicon, which leads to cracking of the crucible upon cooling. After cooling, silicon in the form of an ingot is removed from a storage tank having a shape close to the shape of a quartz crucible, but smaller, which is transferred to a quartz crucible after external etching for subsequent use in growing silicon crystals.
Предлагаемый способ по сравнению с прототипом позволяет повысить кратность использования кварцевого тигля для выращивания кристаллов кремния в периодическом процесс в 10 раз за счет исключения растрескивания тигля, а также сократить расход кремния за счет вторичного использования остатков кремния при последующем процессе выращивания кристаллов кремния и, как следствие, снизить затраты на производство кристаллов кремния.The proposed method in comparison with the prototype allows to increase the frequency of use of a quartz crucible for growing silicon crystals in a batch process by 10 times by eliminating cracking of the crucible, and also to reduce the consumption of silicon due to the secondary use of silicon residues in the subsequent process of growing silicon crystals and, as a result, reduce the cost of producing silicon crystals.
Затраты при выращивании кристаллов кремния только на приобретение кварцевых тиглей в прототипе составляет более $ 80000 на одну установку в год (например, при загрузке 60 кг кремния используется кварцевый тигель диаметром 500 мм стоимостью $ 550, процесс выращивания идет около двух суток).The cost of growing silicon crystals only for the purchase of quartz crucibles in the prototype is more than $ 80,000 per installation per year (for example, when loading 60 kg of silicon, a quartz crucible with a diameter of 500 mm at a cost of $ 550 is used, the growth process takes about two days).
При десятикратном использовании тигля по предлагаемому способу годовая экономия составит более $ 7200 на одну установку.When using the crucible ten times according to the proposed method, the annual savings will be more than $ 7200 per installation.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008142793/15A RU2378421C1 (en) | 2008-10-28 | 2008-10-28 | Method of silicon crystals growth |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008142793/15A RU2378421C1 (en) | 2008-10-28 | 2008-10-28 | Method of silicon crystals growth |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2378421C1 true RU2378421C1 (en) | 2010-01-10 |
Family
ID=41644211
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008142793/15A RU2378421C1 (en) | 2008-10-28 | 2008-10-28 | Method of silicon crystals growth |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2378421C1 (en) |
-
2008
- 2008-10-28 RU RU2008142793/15A patent/RU2378421C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8404043B2 (en) | Process for producing polycrystalline bulk semiconductor | |
RU2423558C2 (en) | Crystalliser for treatments of melted silicon and procedure for its fabrication | |
JP4103593B2 (en) | Recharge tube for solid polycrystalline raw material and method for producing single crystal using the same | |
US20040211496A1 (en) | Reusable crucible for silicon ingot growth | |
JP2007051026A (en) | Method for casting silicon polycrystal | |
RU2008128526A (en) | METHOD FOR PRODUCING SOLAR SILICON SILICON INGOT WITH THE APPROPRIATE INDUCTION DEVICE | |
EP2302109B1 (en) | Crystal growing method | |
KR101281033B1 (en) | Manufacturing apparatus of silicon substrate for solar cell using continuous casting with easiness of temperature control and manufacturing method of silicon substrate using the same | |
JP4803784B2 (en) | Method for producing quartz glass crucible for pulling silicon single crystal | |
JP2008303113A (en) | Unidirectional coagulation method for silicon | |
US20090074650A1 (en) | Method for the production of silicon suitable for solar purposes | |
CN101781791B (en) | Method for removing impurities in single crystal rod straight pulling process | |
JP4428529B2 (en) | Quartz crucible | |
RU2378421C1 (en) | Method of silicon crystals growth | |
JP2007314389A (en) | Silicon refining method | |
JP5741163B2 (en) | Quartz glass crucible, method for producing the same, and method for producing silicon single crystal | |
JP2006213556A (en) | Quartz glass crucible for pulling silicon single crystal and production method therefor, and method for taking out the crucible | |
JP4963271B2 (en) | Silicon melting method and silicon purification method | |
US4561930A (en) | Process for the production of coarsely crystalline silicon | |
CN109266863A (en) | A kind of high purity titanium ingot method of purification | |
JP2010202515A (en) | Method for producing quartz glass crucible for pulling up silicon single crystal | |
JP4641760B2 (en) | Silica glass crucible for pulling silicon single crystals | |
JP4874888B2 (en) | Silica glass crucible for pulling silicon single crystal and method for producing the same | |
JP3664103B2 (en) | Single crystal growth method | |
JPH04285095A (en) | Method for continuously casting silicon by electromagnetic induction |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20101029 |