WO2016189402A1 - Способ плавки при зонном выращивании кремния - Google Patents

Способ плавки при зонном выращивании кремния Download PDF

Info

Publication number
WO2016189402A1
WO2016189402A1 PCT/IB2016/052236 IB2016052236W WO2016189402A1 WO 2016189402 A1 WO2016189402 A1 WO 2016189402A1 IB 2016052236 W IB2016052236 W IB 2016052236W WO 2016189402 A1 WO2016189402 A1 WO 2016189402A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rod
diameter
silicon
container
melt
Prior art date
Application number
PCT/IB2016/052236
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Анатолий КРАВЦОВ
Original Assignee
Анатолий КРАВЦОВ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Анатолий КРАВЦОВ filed Critical Анатолий КРАВЦОВ
Priority to EP16724471.4A priority Critical patent/EP3305947A1/en
Publication of WO2016189402A1 publication Critical patent/WO2016189402A1/ru
Priority to IL255889A priority patent/IL255889A/en

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02—Elements
    • C30B29/06—Silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B13/00—Single-crystal growth by zone-melting; Refining by zone-melting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/14—Heating of the melt or the crystallised materials

Definitions

  • the currents induced in the treated rod during induction heating have the highest density at a certain distance from the surface (penetration depth). All irregularities formed due to the granular structure of the initial rod and having a size less than the current penetration depth, i.e. about 0.8 (2.8 MHz) or 1.5 mm (1.76 MHz), depending on the frequency of the current, remain unheated. Such irregularities (see. Fig. 3) approach the melting inductor, which is under high voltage and lead to electric discharge and the emergency termination of the growing process. Violation of the cylindrical shape, the presence of protrusions on the surface, the presence of ellipticity or deflection arrows of more than 5 mm leads to non-symmetrical melting of the original rods. As a result, melt drops that do not flow into the zone are formed on the melting surface (Fig. 4). These droplets of the melt, reaching a significant volume, when it enters the zone of the melt, can cause it to spill.
  • the initial bar with a diameter of several millimeters is heated, passing a current through it. Heat removal occurs from the surface of a growing rod.
  • the heat sink is not uniform and thermomechanical stresses are formed in the rod, which increase with increasing diameter of the rods.
  • the rods obtained by vapor deposition can be improved by preliminarily passing the molten zone in vacuum to obtain a polycrystalline rod without ellipticity, deflections, with a smooth surface and a diameter close to that required for growing single crystals.
  • rods As an alternative to obtaining silicon rods by gas vapor deposition, they are extruded onto a seed crystal from a crucible using polycrystalline silicon in the form of pieces for which the rod requirements are not relevant: no cracks, ellipticity, deflection arrows, and only the composition of impurities is important .
  • additional impurities are mixed in, and the resulting rods do not satisfy almost all fields of application of single crystals grown by crucibleless zone melting, with the exception of low-voltage converter technology and solar energy.
  • rods can be obtained not using heating from graphite through a crucible, but using inductive or electron-beam heating inside the volume of the processed silicon.
  • silicon is heated by no less than three focused arcuate electron beams that form a ring-shaped heating region with a diameter 3-4 times the diameter of the drawn crystal.
  • the method involves the use of both a rod with a diameter larger than the diameter of the growing crystal and a water-cooled copper device in which the melt is formed as a starting material.
  • the disadvantage of this method is the impossibility of producing silicon with a resistance of more than 50 Ohm * cm due to impurities entering the melt from the crucible and graphite heater in a conventional process, and the competitive cost when applying the Czochralski method with a magnetic field.
  • the process does not allow the disposal of waste with low resistivity (less than 0.1 Ohm * cm) for subsequent use in solar energy.
  • the objective of the invention is to obtain silicon in the form of rods of high purity from the source of silicon of various quality and shape, suitable for electrophysical, mechanical and geometric properties for growing single crystals for various purposes by the crucibleless zone melting.
  • the technical result consists in the fact that the initial rod for growing a single crystal by the crucibleless zone melting method is obtained by melt seed cultivation using electron beam heating. Electron beam heating is carried out directly inside the container with silicon, without the use of graphite and heat transfer through the walls of the container, thus eliminating the main sources of impurities entering the melt. At the same time, silicon is used as a feedstock in purity that meets the quality requirements for single crystals that will be grown by the crucible-free zone melting method.
  • the technical result is achieved due to the fact that in the production of silicon single crystals by the method of crucible-free zone melting, which includes growing the initial rod from the melt by drawing to seed, the heating of silicon is carried out inside the container with at least two electron beams so as to reduce or eliminate the interaction of the melt with the container .
  • the focal spots of heating of electron beams move along arcs of a given radius, not less than the diameter of the growing rod and in total corresponding to the central angle of at least 340 degrees.
  • high quality polycrystalline silicon or silicon residues formed after cutting the grown single crystals by the method are used as the feedstock crucible free zone melting. Moreover, during the process, there is no contact between the melt and the container from which the rod is grown, for which a container with a diameter of at least 5 diameters of the rod being grown is used, and during the entire process from melting to the end of the rod growth, the process is conducted when power is transferred to the melt , 03-0.06 kW / cm 2 .
  • the essence of the method is that when using electron-beam heating of the melt in the container, the path of the focal spots can be chosen by setting such a diameter that the temperature distribution in the melt ensures stable crystal growth of a given conical, then cylindrical shape, and the temperature of the walls of the container remained low, including the option when a layer of unmelted initial silicon 5–20 mm thick remains on the inner surface of the container.
  • the path of the focal spots can be chosen by setting such a diameter that the temperature distribution in the melt ensures stable crystal growth of a given conical, then cylindrical shape, and the temperature of the walls of the container remained low, including the option when a layer of unmelted initial silicon 5–20 mm thick remains on the inner surface of the container.
  • at least 5 diameters of the grown source crystal are selected for the diameter of the container.
  • Fig. 4. Scheme of the formation of a drop of melt on the melting surface of the initial rod
  • the method is as follows: in a container containing a heat insulator (1) and a cooled device (2), silicon is placed and installed in the melting chamber of the apparatus, a vacuum is created, and melted using electron beam heating (3). At the same time, the rays are diluted to a predetermined diameter and begin to scan, forming an annular heating zone (4).
  • the diameter of the heating-motion zone of the focal spot (5) is chosen in such a way as to achieve the desired result — to melt all the silicon in the container or to keep part of the non-molten initial charge between the molten zone (6) and the walls of the container (7).

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)

Abstract

Изобретение относится к производству кремния, например, для силовой микроэлектроники или фотоэлектронной промышленности, в том числе для изготовления солнечных батарей. Настоящим изобретением решается задача получения кремния в виде стержней повышенной чистоты из исходного кремния различного качества и формы, пригодных по электрофизическим, механическим и геометрическим свойствам для выращивания монокристаллов различного назначения методом бестигельной зонной плавки. Технический результат заключается в том, что исходный стержень для выращивания монокристалла методом бестигельной зонной плавки получают выращиванием на затравку из расплава с использованием электронно-лучевого нагрева. Электронно-лучевой нагрев осуществляется непосредственно внутри контейнера с кремнием, без применения графита и передачи тепла через стенки контейнера, таким образом, исключая основные источники поступления примесей в расплав. При этом, в качестве исходного сырья используется кремний по чистоте соответствующий требованиям к качеству монокристаллов, которые будут выращивать методом бестигельной зонной плавки. Технический результат достигается за счет того, что при производстве монокристаллов кремния методом бестигельной зонной плавки, включающем выращивание исходного стержня из расплава путем вытягивания на затравку, нагрев кремния ведут внутри контейнера, не менее чем двумя электронными лучами так, чтобы уменьшить или исключить взаимодействие расплава с контейнером. Для получения исходных стержней с высоким удельным электрическим сопротивлением, в качестве исходного сырья используют поликристаллический кремний высокого качества или остатки кремния, образовавшиеся после раскроя выращенных монокристаллов методом бестигельной зонной плавки. При этом в ходе процесса обеспечивают отсутствие контакта расплава с контейнером, из которого выращивается стержень.

Description

СПОСОБ ПЛАВКИ ПРИ ЗОННОМ ВЫРАЩИВАНИИ КРЕМНИЯ
Описание изобретения
Изобретение относится к производству кремния, например, для силовой микроэлектроники или фотоэлектронной промышленности, в том числе для изготовления солнечных батарей. Задачей этого производства является получение бездислокационных монокристаллов кремния из исходных стержней соответствующего качества.
Известный уровень техники
Процесс получения монокристаллов кремния методом бестигельной зонной плавки включает два важных этапа: получение исходного стержня заданных геометрических размеров с требуемыми свойствами и вертикальную, преимущественно индукционную, бестигельную зонную плавку. Исходный стержень, пригодный для выращивания монокристаллов без дислокаций, получают осаждением из газовой фазы в процессе разложения силанов в водороде или выращиванием из расплава. При этом исходный стержень должен иметь требуемое заказчиком содержание примесей, цилиндрическую форму с минимальной эллиптичностью - разницей между диаметрами эллипса в поперечном сечении стержня (менее 5 мм), и стрелой прогиба, менее допустимой (обычно 5 мм/ метр длины), гладкую поверхность и размеры, близкие к размерам требуемого монокристалла, кроме того, стержень не должен содержать трещин.
Выращивание монокристаллов происходит в газовой среде, поэтому возможности по управлению составом примесей ограничены, а именно: возможно удаление примесей, имеющих очень низкие коэффициенты распределения, и кислорода, а введение примесей— легирование— возможно в достаточно широком диапазоне.
Токи, наведенные в обрабатываемом стержне при индукционном нагреве, имеют наибольшую плотность на некотором расстоянии от поверхности (глубина проникновения). Все неровности, образующиеся вследствие зернистой структуры исходного стержня и имеющие размер менее глубины проникновения тока, т.е. около 0,8 (2,8 МГц) или 1,5 мм (1,76 МГц) в зависимости от частоты тока, остаются не разогретыми. Такие неровности (см. рис. 3) приближаются к плавильному индуктору, находящемуся под высоким напряжением и приводят к электрическому разряду и аварийному окончанию процесса выращивания. Нарушение цилиндрической формы, наличие выступов на поверхность, наличие эллиптичности или стрелы прогиба более 5 мм приводит к не симметричному плавлению исходных стержней. Как следствие на плавящейся поверхности образуются не стекающие в зону капли расплава (рис 4.). Эти капли расплава, достигающие значительного объема, при попадании в зону расплава могут вызвать ее пролив.
При осаждении стержня кремния из газовой фазы нагревают исходный пруток диаметром несколько миллиметров, пропуская по нему ток. Теплоотвод происходит с поверхности растущего стержня. При этом из-за нагрева от соседних стержней, теплоотвод не равномерный и в стержне образуются термомеханические напряжения, увеличивающиеся по мере увеличения диаметра стержней. В результате чего, с ростом диаметра стержней, задача обеспечения отсутствия трещин в них становится все сложнее. Стержни, полученные при осаждении из газовой фазы, можно улучшить путем предварительного прохода расплавленной зоны в вакууме с получением поликристаллического стержня без эллиптичности, прогибов, с гладкой поверхностью и диаметром близким к необходимому для выращивания монокристаллов. При этом, требования к исходному стержню перед предварительным проходом зоны в вакууме, смягчаются не значительно, а наличие трещин и размеров стержня, близких к требуемым в монокристалле, сохраняются. Важно, что, несмотря на недостатки, именно посредством осаждения из газовой фазы удается получить кремний с наименьшим содержанием примесей.
В качестве альтернативы получению стержней кремния методом осаждения из газовой фазы, применяют их вытягивание на затравочный кристалл из тигля с использованием поликристаллического кремния в форме кусков, для которого не актуальны требования к стержням: отсутствие трещин, эллиптичность, наличие стрел прогиба, а важен только состав примесей. Однако в процессе выращивания из тигля примешиваются дополнительные примеси, и получаемые стержни не удовлетворяют практически всем областям применения монокристаллов, выращиваемых бестигельной зонной плавкой, за исключением низковольтной преобразовательной техники и солнечной энергетики. С другой стороны, стержни можно получать не используя нагрев от графита через тигель, а применяя индуктивный или электронно-лучевой нагрев внутри объема обрабатываемого кремния.
Известны ряд способов получения поликристаллических стержней из газовой фазы для оптимизации последующего выращивания монокристаллов методом бестигельной зонной плавки. В способе получения поликристаллов из газовой фазы в соответствии с патентом Nr. ЕР0445036 А1 [1] используют монокристаллический исходный стержень для обеспечения ровной поверхности осажденного стержня. В качестве недостатков данного способа следует указать, что при реализации процесса не обеспечивается цилиндрическая форма стержней и отсутствие трещин в них.
Известен метод получения поликристаллов из газовой фазы по патенту Nr. US 6544333 В2 [2], в котором для получения стержней без термомеханических напряжений, приводящих к трещинам, предложено производить нагрев с использованием токов высокой частоты, в процессе осаждения из газовой фазы, чтобы сконцентрировать тепловыделение на поверхности стержня, а не в середине. По мнению авторов такой способ обеспечит получение стержней без напряжений диаметром более 150 мм, в том числе до 300 мм. Этот метод не исключает взаимного влияния стержней друг на друга (в результате образуется не правильная форма поперечного сечения). Несмотря на то, что первоначальный патентообладатель Advanced Silicon Materials Lie являлся основным производителем поликристаллических стержней для бестигельной зонной плавки, метод по-прежнему не реализован в промышленном масштабе. Компания REC Silicon, новый собственник этого производства, по прежнему производит стержни диаметром до 170 мм1, в то время как требуется производство стержней диаметром более 200 мм.
Известен альтернативный способ получения монокристаллов кремния методом бестигельной зонной плавки, минуя стадию получения исходного стержня, по патенту Nr. US 5108720 [3]. В данном патенте заявитель - один из ведущих производителей поликремния Hemlock Semiconductor Corporation, планировал получение монокристаллов из порошкового кремния, который, при подаче в расплавленную зону, прогревается, расплавляется и позволяет выращивать монокристалл. К недостаткам этого способа следует отнести сложность воспроизведения процесса, связанную с обработкой сыпучего материала в сильном магнитном поле и невозможность стабилизировать тепловые условия плавящегося материала.
Известен ряд способов выращивания монокристаллов из расплава, без контакта с контейнером (тиглем), в которых контейнер отсутствует или является охлаждаемым. Эти известные способы применяются для выращивания исходных стержней и последующего выращивания монокристаллов методом бестигельной зонной плавки. В соответствии с патентом Nr. 3494804 (US) опубликованном 10.02.1970 [4], кремний нагревают не менее, чем тремя сфокусированными дугообразными электронными пучками, образующими область нагрева кольцевой формы диаметром в 3-4 раза больше диаметра вытягиваемого кристалла. Способ предусматривает использование в качестве исходного материала как стержня диаметра большего, чем диаметр растущего кристалла, так и водоохлаждаемого медного устройства, в котором и формируется расплав. В способе по патенту N° 4133969 (US) опубликованного 09.01.1979 [5] кольцевую область нагрева формируют индуктором, а обрабатываемый кремний при этом так же находится в водоохлаждаемой емкости и прилегающая в емкости часть кремния не расплавляется. В способах по патентам N° 5223077 (US) опубликованного 19.06.1993 [6] и N° 5268063 (US) опубликованного 07.12.1993 [7] предлагается использование холодного тигля сформированного непосредственно водоохлаждаемым индуктором с нанесенным покрытием имеющим высокую диэлектрическую прочность и стойкость к воздействию расплава. При увеличении диаметров выращиваемых кристаллов более чем на 40 мм, оплавление исходной загрузки без риска ее срастания с выращиваемым кристаллом практически не возможно, как это показано в статье T.F. Ciszek „ GROWTH OF 40 mm DIAMETER SILICON CRYSTALS BY A PEDESTAL TECHNIQUE USING ELECTRON BEAM HEATING", опубликованной в журнале «Journal of crystal growth)) Nr. 12 (1972) стр. 281-287 [8]. Во всех описанных системах эффект наступает при различном диаметре, но не обеспечивает возможности выращивания кристаллов диаметром более 50-150 мм. Кроме того в этих методах не указывается на необходимые свойства выращиваемых кристаллов для оптимизации последующего процесса бестигельной зонной плавки.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ в соответствии с заявкой Nr. ЕР0142666 А2[9] производства монокристаллического кремния методом бестигельной зонной плавки с использованием исходных стержней диаметром, отличающимся от исходного стержня не более, чем на 20%, полученных в процессе газо-фазного выращивания с низкими скоростями роста или из расплава, путем двух стадийного процесса бестигельной плавки или выращивания исходного стержня из кускового поликремния по методу Чохральского. Недостатки описанного в заявке Nr. EP0142666 А2 процесса газо-фазного осаждения, а именно, образования в виде неровностей поверхности, отклонения от цилиндрической формы и термомеханические напряжения, которые, в свою очередь, приводят к растрескиванию стержней с увеличением их диаметра, усиливаются. Выполнение двух проходов расплавленной зоны на не достаточно качественном исходном стержне, приводит к высокой аварийности процессов. Даже при безаварийном результате существенно снижает экономические результаты процесса. Выращивание стержней методом Чохральского в результате находит все более широкое применение для выращивания монокристаллов диаметром 200 мм при использовании метода бестигельной зонной плавки, что нашло свое отражение даже в рекламных материалах некоторых компаний, например CFZ кремний китайской компании Tianjin Zhonghuan Semiconductor Co., Ltd". To есть исходный стержень выращен методом Чохральского, а бездислокационный монокристалл - методом индукционной бестигельной зонной плавки. Недостатком этого метода является невозможность получения кремния с сопротивлением более 50 Ом* см из-за примесей, попадающих в расплав из тигля и графитового нагревателя в обычном процессе, и не конкурентоспособная стоимость при применении метода Чохральского с магнитным полем. Кроме того, процесс не позволяет утилизировать отходы с низким удельным сопротивлением (менее 0,1 Ом*см) для последующего использования в солнечной энергетике.
Цель и сущность изобретения
Задачей изобретения является получение кремния в виде стержней повышенной чистоты из исходного кремния различного качества и формы, пригодных по электрофизическим, механическим и геометрическим свойствам для выращивания монокристаллов различного назначения методом бестигельной зонной плавки.
Технический результат заключается в том, что исходный стержень для выращивания монокристалла методом бестигельной зонной плавки получают выращиванием на затравку из расплава с использованием электронно-лучевого нагрева. Электронно-лучевой нагрев осуществляется непосредственно внутри контейнера с кремнием, без применения графита и передачи тепла через стенки контейнера, таким образом, исключая основные источники поступления примесей в расплав. При этом, в качестве исходного сырья используется кремний по чистоте соответствующий требованиям к качеству монокристаллов, которые будут выращивать методом бестигельной зонной плавки.
Технический результат достигается за счет того, что при производстве монокристаллов кремния методом бестигельной зонной плавки, включающем выращивание исходного стержня из расплава путем вытягивания на затравку, нагрев кремния ведут внутри контейнера, не менее чем двумя электронными лучами так, чтобы уменьшить или исключить взаимодействие расплава с контейнером.
При этом фокальные пятна нагрева электронных лучей, движутся по дугам заданного радиуса, не меньшего, чем диаметр растущего стержня и суммарно соответствующими центральному углу не менее 340 градусов.
Для получения исходных стержней с высоким удельным электрическим сопротивлением, в качестве исходного сырья используют поликристаллический кремний высокого качества или остатки кремния, образовавшиеся после раскроя выращенных монокристаллов методом бестигельной зонной плавки. При этом в ходе процесса обеспечивают отсутствие контакта расплава с контейнером, из которого выращивается стержень, для чего используют контейнер диаметром не менее 5 диаметров выращиваемого стержня, при этом, в ходе всего процесса от расплавления до окончания выращивания стержня процесс ведут при передаче в расплав мощности 0,03-0,06 кВт/см2.
Сущность способа (рис. 6) заключается в том, что при использовании электронно - лучевого нагрева расплава, находящегося в контейнере, траекторию движения фокальных пятен можно выбрать задав такой диаметр, чтобы распределение температур в расплаве обеспечивало стабильный рост кристалла заданной конической, затем цилиндрической формы, а температура стенок контейнера оставалась низкой, включая вариант, когда на внутренней поверхности контейнера остается слой не расплавленного исходного кремния толщиной 5-20 мм. Для оптимального управления распределением температур, диаметр контейнера выбирают не менее 5 диаметров выращиваемого исходного кристалла.
Краткое описание чертежей
Рис. 1 и 2 - Схема проведения процесса;
Рис. 3 - Образование неоплавившихся элементов поверхности исходного стержня;
Рис. 4. - Схема образования капли расплава на плавящейся поверхности исходного стержня;
Подробное описание изобретения
Способ осуществляют следующим образом: в контейнер, содержащий теплоизолятор (1) и охлаждаемое устройство (2), помещают кремний и устанавливают в плавильную камеру аппарата, создают вакуум, и расплавляют, используя электронно-лучевой нагрев (3). При этом, лучи разводят до заданного диаметра и начинают сканировать, формируя кольцевую зону нагрева (4). Диаметр зоны нагрева-движения фокального пятна (5) выбирают таким образом, чтобы достичь требуемого результата— расплавить весь кремний, находящийся в контейнере или сохранить между расплавленной зоной (6) и стенками контейнера часть не расплавленной исходной загрузки (7). После расплавления заданной части исходной загрузки (7) в контейнер опускают затравочный кристалл (8), соединяют его с расплавом и выращивают стержень (9) требуемого диаметра. Процессом выращивания управляют посредством изменения скорости вытягивания (V) и интенсивности нагрева (3), при этом поддерживают диаметр кольцевой зоны (4) нагрева (3) постоянным. Траектории сканирования фокальных пятен (5) электронных лучей совместно образуют форму, близкую к кольцу требуемого диаметра и формируют тепловое поле достаточной тепловой симметрии для получения стержня (9) цилиндрической формы.
Пример:
В контейнер с внутренним диаметром 420 мм укладывают поликристаллический кремний. Контейнер устанавливают в вакуумную камеру установки. После достижения остаточного давления менее 1 * 10-4 мм.рт.ст включают оба электронно -лучевых нагревателя, устанавливают подаваемую энергию на уровне 1,2-1,3 кВт на 1 кг загруженного кремния и включают режим сканирования электронного луча по дугам окружности 250-300 мм с периодическим уменьшением диаметра окружности до 50-100 мм. После образования ванны расплава, продолжают сканирование фокальных пятен электронных лучей в течение 20-60 минут, сохраняя радиусы дуг максимальными, но обеспечивающими сохранение на внутренней поверхности контейнера слоя не расплавленного исходного кремния толщиной 5- 20 мм. Далее уменьшают подводимую энергию на 20-50%, опускают затравочный кристалл, соединяют его с расплавом и подбирают оптимальную мощность для выращивания. Дальше процесс ведут аналогично процессам выращивания из тигля по методу Чохральского, для чего радиус дуг, образованных движением фокальных пятен постепенно увеличивают до величины не менее диаметра выращиваемого кристалла и фиксируют. При этом центральный угол охвата дуг суммарно составляет не менее 340 угловых градусов. Стержень диаметром 75 мм выращивают с переменной скоростью, начиная процесс со скоростью 2,5 мм/мин и заканчивают со скоростью менее 2 мм/мин, при этом стержень вращают с частотой 10-15 об/мин, контейнер остается неподвижным. В процессе выращивания подводимую к расплаву мощность уменьшают по мере роста кристалла от 60 до 40 киловатт суммарно от 2-х нагревателей. Выращенный стержень охлаждают, извлекают из камеры вакуумной установки, измеряют геометрические и электрофизические параметры, которые контролируют на соответствие требуемым параметрам для получения монокристалла. В проведенных процессах удельное сопротивление выращенного стержня удовлетворительно, соответственно контрольным параметрам загруженного поликристаллического кремния. Далее стержень подготавливают к процессу выращивания для чего, в случае необходимости обрабатывают механически и химически. Далее стержень загружают в установку для индукционной бестигельной зонной плавки и выращивают монокристалл без дислокаций, отличающийся от диаметра выращенного стержня не более чем на 20%. В данном примере выращивали монокристалл диаметром 65 мм.
1 http://www.recsilicon. com/pmducts/electronic-grade-polysilicon/float-zone-polysilicon/ ii http://en.ttjsemi .com/main/productdetails_s_1.aspx

Claims

Претензии
1. Способ получения монокристаллов кремния без дислокаций с минимальным внесением примесей в процессе производства, включающий вытягивание исходного стержня цилиндрической формы из расплава, минимально взаимодействующего с охлаждаемым контейнером, и последующее выращивание монокристаллов с диаметром, отличающимся от диаметра выращенного стержня не более чем на 20% методом индукционной бестигельной зонной плавки, отличающийся тем, что выращивание стержня на затравочный кристалл производят с использованием электронно-лучевого нагрева не менее чем двумя электронно-лучевыми нагревателями, создающими фокальные пятна нагрева, движущиеся по дугам с радиусами, не менее диаметра выращиваемого стержня и суммарно соответствующими центральному углу не менее 340 градусов.
2. Способ в соответствии с 1 претензией, отличающийся тем, что процесс ведут исключая контакт расплава с контейнером, для чего используются охлаждаемый контейнер диаметром не менее 5 диаметров выращиваемого стержня.
3. Способ в соответствии с 1 и/или 2 претензией, отличающийся тем, что процесс ведётся при передаче в расплав мощности 0,03-0,07 кВт/см2.
4. Способ в соответствии с 2 и/или 3 претензией, отличающийся тем, что процесс ведётся сохраняя слой не расплавленного исходного кремния толщиной 5-20 мм на внутренней поверхности контейнера.
5. Способ в соответствии с любой выше указанной претензией с 1 по 4, отличающийся тем, что в начале процесса получения стержня выращивают конус с углом при вершине оптимальным для выращивания монокристаллов методом индукционной бестигельной зонной плавки
6. Способ в соответствии с 5 претензией, отличающийся тем, что в начале процесса получения стержня выращивают конус с углом при вершине 50-80 градусов.
PCT/IB2016/052236 2015-05-26 2016-04-20 Способ плавки при зонном выращивании кремния WO2016189402A1 (ru)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP16724471.4A EP3305947A1 (en) 2015-05-26 2016-04-20 Melting method during floating-zone growth of silicon
IL255889A IL255889A (en) 2015-05-26 2017-11-23 Melting method of silicon using the float-zone melting

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
LVP-15-48A LV15065B (lv) 2015-05-26 2015-05-26 Silīcija beztīģeļa zonas kausēšanas paņēmiens
LVP-15-48 2015-05-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016189402A1 true WO2016189402A1 (ru) 2016-12-01

Family

ID=54294112

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/IB2016/052236 WO2016189402A1 (ru) 2015-05-26 2016-04-20 Способ плавки при зонном выращивании кремния

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP3305947A1 (ru)
IL (1) IL255889A (ru)
LV (1) LV15065B (ru)
WO (1) WO2016189402A1 (ru)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0634504A1 (de) * 1993-07-15 1995-01-18 Wacker-Siltronic Gesellschaft für Halbleitermaterialien mbH Verfahren zur Herstellung von Stäben oder Blöcken aus beim Erstarren sich ausdehnendem Halbleitermaterial durch Kristallisieren einer aus Granulat erzeugten Schmelze
EP2143833A1 (en) * 2007-04-24 2010-01-13 Sumco Techxiv Corporation Silicon crystal material and method for manufacturing fz silicon single crystal by using the same

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0634504A1 (de) * 1993-07-15 1995-01-18 Wacker-Siltronic Gesellschaft für Halbleitermaterialien mbH Verfahren zur Herstellung von Stäben oder Blöcken aus beim Erstarren sich ausdehnendem Halbleitermaterial durch Kristallisieren einer aus Granulat erzeugten Schmelze
EP2143833A1 (en) * 2007-04-24 2010-01-13 Sumco Techxiv Corporation Silicon crystal material and method for manufacturing fz silicon single crystal by using the same

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ANATOLY KRAVTSOV ET AL: "Electron beam silicon purification", PHYS. STATUS SOLIDI C, 1 January 2014 (2014-01-01), pages 1648 - 1653, XP055267992, Retrieved from the Internet <URL:http://onlinelibrary.wiley.com/store/10.1002/pssc.201400031/asset/1648_ftp.pdf?v=1&t=inbq00is&s=dcd4ef8fcc1527eaf02dfc20a05aa7e7ba6091b3> [retrieved on 20160422], DOI: 10.1002/pssc.20100 *
KRAVTSOV ANATOLY: "Ingots pulled with electron beam heating from skull - a new feedstock for FZ crystals applicable for solar cells", 2014 IEEE 40TH PHOTOVOLTAIC SPECIALIST CONFERENCE (PVSC), IEEE, 8 June 2014 (2014-06-08), pages 2991 - 2993, XP032660323, DOI: 10.1109/PVSC.2014.6925561 *

Also Published As

Publication number Publication date
IL255889A (en) 2018-04-30
LV15065A (lv) 2015-10-20
EP3305947A1 (en) 2018-04-11
LV15065B (lv) 2015-11-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100954291B1 (ko) 고품질의 반도체 단결정 잉곳 제조장치 및 방법
JP6491763B2 (ja) シリコン単結晶インゴットの製造方法
JPH06345584A (ja) 単結晶引上げ方法およびその装置
TW201012983A (en) Method for growing silicon single crystal
US7326297B2 (en) Device for the production of crystal rods having a defined cross-section and column-shaped polycrystallization structure by means of floating-zone continuous crystallization
JP4982034B2 (ja) シリコン単結晶の製造方法
WO2016189402A1 (ru) Способ плавки при зонном выращивании кремния
CN110730831A (zh) 单晶硅的制造方法、外延硅晶片的制造方法、单晶硅及外延硅晶片
CN115369474B (zh) 感应加热绕组及使用其的单晶制造装置及单晶的制造方法
US20090293802A1 (en) Method of growing silicon single crystals
JP2022159501A (ja) 多結晶シリコン棒、多結晶シリコンロッドおよびその製造方法
US6338757B1 (en) Single crystal pull-up apparatus
CN111850675A (zh) 一种半导体晶体生长装置和方法
JPH07267776A (ja) 結晶成長方法
US6153009A (en) Method for producing a silicon single crystal and the silicon single crystal produced thereby
US9422636B2 (en) Method and apparatus for producing single crystals composed of semiconductor material
CN111615569A (zh) 单晶硅及其制造方法以及硅晶片
TWI836994B (zh) 含有摻雜物的矽錠片
JP2014058414A (ja) 評価用シリコン単結晶の製造方法
US20030140843A1 (en) Method for fabricating silicone single crystal
JP6777013B2 (ja) 単結晶の製造方法
WO2016120747A1 (ru) Способ и аппарат вакуумной очистки кремния
JP6608041B2 (ja) 粒状シリコンの熱処理プロセス、粒状シリコン、およびシリコン単結晶の製造プロセス
JP2022101008A (ja) 単結晶シリコンインゴットの製造方法
WO2018128051A1 (ja) 単結晶製造方法及び単結晶引き上げ装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16724471

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 255889

Country of ref document: IL

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE