RU2534103C1 - Device for growth of monocrystals from melt by vertical pulling technique - Google Patents
Device for growth of monocrystals from melt by vertical pulling technique Download PDFInfo
- Publication number
- RU2534103C1 RU2534103C1 RU2013129472/05A RU2013129472A RU2534103C1 RU 2534103 C1 RU2534103 C1 RU 2534103C1 RU 2013129472/05 A RU2013129472/05 A RU 2013129472/05A RU 2013129472 A RU2013129472 A RU 2013129472A RU 2534103 C1 RU2534103 C1 RU 2534103C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heating element
- melt
- upper heating
- heater
- crucible
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к устройству для выращивания монокристаллов из расплава методом Чохральского, в частности, к устройству для выращивания монокристаллов германия. Полупроводниковые материалы, в том числе и материалы на основе германия, являются чрезвычайно перспективными для использования в микроэлектронике, оптоэлектронике, солнечной энергетике и ИК оптике.The invention relates to a device for growing single crystals from a melt by the Czochralski method, in particular, to a device for growing single crystals of germanium. Semiconductor materials, including germanium-based materials, are extremely promising for use in microelectronics, optoelectronics, solar energy and IR optics.
Технология получения полупроводниковых, в частности, германиевых пластин включает в себя стадии выращивания монокристаллов и изготовления из монокристаллов полированных пластин, причем габариты и качество получаемых пластин во многом определяются размерами и качеством выращенных монокристаллов.The technology for producing semiconductor, in particular, germanium wafers includes the stages of growing single crystals and manufacturing polished wafers from single crystals, and the dimensions and quality of the wafers obtained are largely determined by the size and quality of the grown single crystals.
Задачей изобретения является создание устройства для выращивания монокристаллов из расплава методом Чохральского, в частности, для выращивания монокристаллов германия, обеспечивающего более равномерное распределение температур в области фронта кристаллизации для получения бездислокационных кристаллов больших диаметров.The objective of the invention is to provide a device for growing single crystals from a melt by the Czochralski method, in particular, for growing single crystals of germanium, providing a more uniform temperature distribution in the region of the crystallization front to obtain dislocation-free crystals of large diameters.
Из уровня техники известен широкий ряд технических решений, направленных на усовершенствование теплового узла устройств для выращивания монокристаллов из расплава методом Чохральского.A wide range of technical solutions is known in the art for improving the thermal assembly of devices for growing single crystals from a melt by the Czochralski method.
Известно устройство для выращивания кристаллов из расплава методом Чохральского, включающее тигель, верхний, нижний и боковой нагреватели, теплоизолирующий экранирующий элемент, выполненный с возможностью разделения входящего потока продувочного газа на первый частичный поток и второй частичный поток таким образом, что первый частичный поток направляется через область расплава, а второй частичный поток направляется вдоль канала внутри теплоизолирующего экранирующего элемента в обход пространства в тигле, расположенного над указанным расплавом, перед выходом его из «горячей зоны» (патент РФ №2456386, С30В 15/14, опубл. 20.07.2012).A device is known for growing crystals from a melt by the Czochralski method, including a crucible, upper, lower, and side heaters, a heat-insulating shielding element configured to separate the incoming purge gas stream into a first partial stream and a second partial stream so that the first partial stream is directed through the region melt, and the second partial flow is directed along the channel inside the heat-insulating shielding element, bypassing the space in the crucible located above th melt before exiting it from the "hot zone" (RF Patent №2456386,
Недостатком устройства является то, что при данной конструкции «горячей зоны» температурные градиенты в монокристалле велики, что, в свою очередь, не обеспечивает необходимых условий для получения монокристалла с совершенной структурой.The disadvantage of this device is that with this design of the "hot zone" the temperature gradients in the single crystal are large, which, in turn, does not provide the necessary conditions for obtaining a single crystal with a perfect structure.
Известно устройство для выращивания монокристалла методом Чохральского с помощью платинового нагревателя, имеющего форму плоского кольца, расположенного на тигле и имеющего определенное соотношение толщины нагревателя к толщине стенок тигля и определенное соотношение диаметра вытягиваемого кристалла к внутреннему диаметру нагревателя при общей толщине нагревателя около 0,25 мм. Тепло, вырабатываемое кольцевым нагревателем такой геометрии, улучшает симметричность радиального температурного распределения на поверхности расплава и улучшает прямолинейность боковой стороны выращиваемого кристалла (патент Японии № JP 58050956, С30 15/14, опубл. 14.11.1983).A device is known for growing a single crystal by the Czochralski method using a platinum heater having a flat ring shape located on a crucible and having a certain ratio of the thickness of the heater to the thickness of the walls of the crucible and a certain ratio of the diameter of the drawn crystal to the inner diameter of the heater with a total thickness of the heater of about 0.25 mm. The heat generated by the ring heater of this geometry improves the symmetry of the radial temperature distribution on the surface of the melt and improves the straightness of the side of the grown crystal (Japanese patent No. JP 58050956, C30 15/14, publ. 11/14/1983).
Платиновый нагреватель в форме плоского кольца не оказывает необходимого температурного воздействия на выращенную часть кристалла, в связи с этим структура кристалла не является совершенной.A flat ring-shaped platinum heater does not have the necessary temperature effect on the grown part of the crystal; therefore, the crystal structure is not perfect.
Известно устройство для выращивания монокристаллов кремния из расплава, содержащее камеру с отверстиями для эвакуации газового потока, в которой размещены тигель для расплава, расположенный в подставке на штоке, верхний газонаправляющий экран, формирующий газовый поток над расплавом, и нагреватель, при этом устройство снабжено нижним газонаправляющим кольцевым экраном с центральным отверстием для перемещения подставки, установленным над нагревателем, отверстия для эвакуации газового потока выполнены в корпусе камеры между верхним и нижним газонаправляющими экранами, а пространство между корпусом, нижним газонаправляющим кольцевым экраном, нагревателем и штоком заполнено засыпкой (патент РФ 2241079, С30В 15/00, 15/14, опубл. 27.11.2004).A device is known for growing silicon single crystals from a melt, comprising a chamber with holes for evacuating a gas stream, in which a melt crucible is located in a stand on the rod, an upper gas guide screen forming a gas stream above the melt, and a heater, the device being provided with a lower gas guide an annular screen with a central hole for moving the stand mounted above the heater, openings for evacuating the gas flow are made in the chamber body between the upper and the lower gas guide screens, and the space between the housing, the lower gas guide ring screen, the heater and the rod is filled with backfill (RF patent 2241079,
В данном устройстве усовершенствования направлены на организацию газовых потоков для выноса моноокиси кремния из зоны роста монокристаллов кремния и не предназначены для формирования температурного поля в выращиваемом кристалле, обеспечивающего совершенство структуры монокристалла.In this device, improvements are aimed at organizing gas flows for the removal of silicon monoxide from the growth zone of silicon single crystals and are not intended to form a temperature field in the grown crystal, which ensures the perfect structure of the single crystal.
Известно устройство для выращивания монокристалла, в котором используют основной нагреватель для получения и нагревания расплава, размещенный вокруг тигля, и верхний нагреватель для отжига и замедления скорости охлаждения слитка сразу после его кристаллизации, выполненный в виде трубчатого элемента, снабженного продольными прорезями, проходящими параллельно оси трубчатого верхнего нагревателя (патент США №6503322, С30В 15/14, НПКл. 117/204, опубл. 07.01.2003).A device for growing a single crystal is known, in which a main heater is used to obtain and heat the melt, placed around the crucible, and an upper heater for annealing and slowing down the cooling rate of the ingot immediately after its crystallization, made in the form of a tubular element provided with longitudinal slots running parallel to the axis of the tubular the upper heater (US patent No. 6503322,
Однако конструкция верхнего нагревателя, используемая в данном техническом решении не способна обеспечить равномерное распределение температур в области фронта кристаллизации. Данное устройство предназначено для отжига кристаллов после процесса выращивания по методу Чохральского.However, the design of the upper heater used in this technical solution is not able to ensure uniform temperature distribution in the region of the crystallization front. This device is intended for annealing crystals after the growth process according to the Czochralski method.
Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению является устройство для выращивания монокристаллов из расплава методом Чохральского согласно патенту США №5137699, содержащее тигель для размещения расплава, из которого выращивается монокристалл, нижний и боковой нагреватели для поддержания заданной температуры тигля с расплавом и дополнительный управляемый независимым образом верхний нагреватель, размещенный над расплавом в зоне, где происходит отверждение монокристалла. Хотя известный из данного технического решения верхний независимо регулируемый нагреватель, выполненный в виде кольцеобразного диска, размещенного над расплавом, и способствует повышению качества выращиваемых монокристаллов, но все еще не позволяет получить достаточно равномерное распределение температур в области фронта кристаллизации и, следовательно, не обеспечивает получения бездислокационных кристаллов больших диаметров (патент США№5137699, С30В 15/14, НПКл. 422/246, опубл. 11.08.1992).The closest technical solution to the claimed invention is a device for growing single crystals from a melt by the Czochralski method according to US patent No. 5137699, containing a crucible for placing a melt, from which a single crystal is grown, lower and side heaters to maintain a predetermined temperature of the crucible with the melt and an additional independently controlled upper a heater placed above the melt in the zone where the curing of the single crystal occurs. Although the upper independently adjustable heater, made in the form of an annular disk placed above the melt, known from this technical solution, improves the quality of the grown single crystals, it still does not allow a sufficiently uniform temperature distribution in the region of the crystallization front and, therefore, does not provide dislocation-free crystals of large diameters (US patent No. 5137699,
Задачей изобретения является создание устройства для выращивания монокристаллов из расплава методом Чохральского, в частности, для выращивания монокристаллов германия, обеспечивающего более равномерное распределение температур в области фронта кристаллизации для получения бездислокационных кристаллов больших диаметров.The objective of the invention is to provide a device for growing single crystals from a melt by the Czochralski method, in particular, for growing single crystals of germanium, providing a more uniform temperature distribution in the region of the crystallization front to obtain dislocation-free crystals of large diameters.
Сущность изобретения заключается в следующем.The invention consists in the following.
Устройство для выращивания монокристаллов из расплава методом Чохральского, содержит камеру, в которой размещены:A device for growing single crystals from a melt by the Czochralski method, contains a chamber in which are placed:
тигель для расплава,melt crucible,
по меньшей мере, один основной нагревательный элемент для плавления исходного материала в тигле,at least one main heating element for melting the starting material in a crucible,
дополнительный верхний нагревательный элемент, расположенный над расплавом в области фронта кристаллизации и имеющий форму кольцеобразного диска, на внутренней и/или на внешней боковых сторонах которого выполнены несквозные радиальные прорези, и, по меньшей мере, один теплоизолирующий экранирующий элемент, размещенный между боковыми сторонами, по меньшей мере, одного основного нагревательного элемента и камеры.an additional upper heating element located above the melt in the region of the crystallization front and having the shape of an annular disk, on the inner and / or external lateral sides of which non-through radial slots are made, and at least one heat-insulating shielding element located between the lateral sides, at least one main heating element and a chamber.
Несквозные радиальные прорези внутренней боковой стороны и внешней боковой стороны верхнего нагревательного элемента могут быть расположены чередующимся образом, так что радиальные прорези одной боковой стороны расположены между радиальными прорезями другой боковой стороны верхнего нагревательного элемента.The non-through radial slots of the inner side and the outer side of the upper heating element can be arranged alternately so that the radial slots of one side are located between the radial slots of the other side of the upper heating element.
Угол между направлениями радиальных прорезей внутренней и внешней боковых сторон верхнего нагревательного элемента составляет от 40° до 15°, предпочтительно, 20°.The angle between the directions of the radial slots of the inner and outer sides of the upper heating element is from 40 ° to 15 °, preferably 20 °.
Радиальные прорези внутренней боковой стороны и внешней боковой стороны верхнего нагревательного элемента могут быть расположены на разном или на одинаковом расстоянии друг от друга.The radial slots of the inner side and the outer side of the upper heating element may be located at different or equal distances from each other.
Внутренний диаметр кольцеобразного верхнего нагревательного элемента больше диаметра выращиваемого монокристалла, внешний диаметр меньше внутреннего диаметра тигля, а глубина прорезей внутренней и внешней боковых сторон верхнего нагревательного элемента в радиальном направлении составляет от 1/2 до 3/4 разности внешнего и внутреннего диаметров верхнего нагревательного элемента.The inner diameter of the annular upper heating element is larger than the diameter of the grown single crystal, the outer diameter is smaller than the inner diameter of the crucible, and the depth of the slots of the inner and outer sides of the upper heating element in the radial direction is from 1/2 to 3/4 of the difference between the outer and inner diameters of the upper heating element.
В одном из предпочтительных вариантов выполнения радиальные прорези внутренней боковой стороны и внешней боковой стороны верхнего нагревательного элемента имеют одинаковую глубину в радиальном направлении.In one preferred embodiment, the radial slots of the inner side and the outer side of the upper heating element have the same depth in the radial direction.
Ширина радиальных прорезей внутренней боковой стороны и внешней боковой стороны верхнего нагревательного элемента составляет 2-6 мм.The width of the radial slots of the inner side and the outer side of the upper heating element is 2-6 mm.
Верхний нагревательный элемент с возможностью перемещения установлен на проходящих вертикально держателях, связанных с токовводами.The upper heating element is movably mounted on vertically extending holders connected to the current leads.
Устройство может дополнительно содержать засыпку, размещенную между теплоизолирующим экранирующим элементом и боковой стороной камеры.The device may further comprise a backfill placed between the heat-insulating shielding element and the side of the chamber.
Техническим результатом заявленного изобретения является обеспечение изготовления слитков увеличенного диаметра с ровной цилиндрической боковой поверхностью, получение практически бездислокационных монокристаллов, имеющих плотность дислокации менее 200 см-2 и равномерное распределение в объеме легирующих примесей, пригодных для получения полупроводниковых, в частности, германиевых, пластин диаметром не менее 100 мм и толщиной менее 160 мкм.The technical result of the claimed invention is the provision of the manufacture of ingots of increased diameter with a smooth cylindrical side surface, the production of practically dislocation-free single crystals having a dislocation density of less than 200 cm -2 and a uniform distribution in the volume of alloying impurities suitable for producing semiconductor, in particular germanium, wafers with a diameter not less than 100 mm and a thickness of less than 160 microns.
Сущность изобретения поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.
Различные варианты осуществления заявленного изобретения будут описаны более подробно со ссылкой на следующие чертежи, которые приведены в качестве примеров реализации изобретения.Various embodiments of the claimed invention will be described in more detail with reference to the following drawings, which are given as examples of implementation of the invention.
Фиг.1 - вид в сечении заявленного устройства для выращивания монокристаллов из расплава.Figure 1 is a view in cross section of the claimed device for growing single crystals from the melt.
Фиг.2 - вид в сечении другого варианта выполнения заявленного устройства для выращивания монокристаллов из расплава.Figure 2 is a sectional view of another embodiment of the inventive device for growing single crystals from a melt.
Фиг.3 - вид сверху дополнительного верхнего нагревателя, размещаемого над расплавом, согласно заявленному изобретению.Figure 3 is a top view of an additional upper heater placed above the melt, according to the claimed invention.
Фиг.4 - поперечное сечение нагревателя по линии А-А, как показано на Фиг.3.Figure 4 is a cross section of the heater along the line aa, as shown in figure 3.
На Фиг.1 показано устройство для выращивания монокристаллов из расплава методом Чохральского согласно заявленному изобретению, содержащее камеру 1, в которой размещен тигель 2 для шихты и/или расплава. Тигель установлен на опоре 3 тигля, которая может обеспечивать вращение тигля и перемещение тигля в вертикальном направлении. Вблизи тигля расположен, по меньшей мере, один основной нагревательный элемент 4, который обеспечивает подачу тепла для нагревания и расплавления шихты исходного материала и поддержание температуры тигля в процессе вытягивания кристалла. В примерах выполнения, показанных на Фиг.1 и 2, основной нагреватель 4 представляет собой нижний нагреватель и имеет участок с вертикальными боковыми стенками, которые размещены вблизи боковых стенок тигля и опираются на токопроводящую опору 5 основного нагревателя, закрепленную на токовводах. Через центральное отверстие опоры 5 основного нагревателя проходит основание тигля. При необходимости в устройстве, возможно, использовать два и более основных нагревателя, размещенных вблизи нижней и/или боковой поверхностей тигля. Между вертикальной боковой стороной нагревательного элемента 4 и боковой стенкой, образующей боковую сторону 6 камеры 1, установлен, по меньшей мере, один теплоизолирующий экранирующий элемент 7, преимущественно два или три теплоизолирующих экранирующих элемента 7. В отличие от Фиг.1, в примере, показанном на фиг.2, теплоизолирующие экранирующие элементы 7 размещены на дополнительных поддерживающих стойках. Теплоизолирующие экранирующие элементы 7 могут быть выполнены из графита или углеродсодержащего композиционного материала на основе углеродного волокна, причем возможно выполнение всех теплоизолирующих экранирующих элементов из одного и того же высокотемпературного теплоизоляционного материала или использование сочетаний разных материалов. С опорой на верхний край, по меньшей мере, одного теплоизолирующего экранирующего элемента может быть установлен верхний защитный кольцевой экран 8.Figure 1 shows a device for growing single crystals from a melt by the Czochralski method according to the claimed invention, comprising a chamber 1 in which a
Над верхней поверхностью расплава в области фронта кристаллизации расположен верхний дополнительный нагревательный элемент 9, который согласно заявленному изобретению выполнен в виде кольцеобразного диска. Внутренний диаметр кольцеобразного верхнего нагревательного элемента больше диаметра выращиваемого монокристалла, что позволяет производить вытягивание кристалла из расплава без соприкосновения с верхним нагревателем, а внешний диаметр кольцевого верхнего нагревателя меньше внутреннего диаметра тигля, что обеспечивает свободное вращение тигля в горизонтальном направлении и перемещение тигля в вертикальном направлении.Above the upper surface of the melt in the region of the crystallization front, there is an upper
Отличительной особенностью заявленного изобретения является выполнение кольцевого дискообразного верхнего дополнительного нагревателя с несквозными глухими радиальными прорезями.A distinctive feature of the claimed invention is the implementation of an annular disk-shaped upper additional heater with blind through radial cuts.
Как более подробно показано на Фиг.3 и 4, верхний нагреватель выполнен в форме кольцеобразного диска, имеющего верхнюю кольцеобразную плоскую поверхность или сторону 10, нижнюю кольцеобразную плоскую поверхность или сторону 11, внутреннюю боковую поверхность или сторону 12, соответствующую боковой поверхности центрального отверстия диска верхнего дополнительного нагревателя, и внешнюю боковую поверхность или сторону 13 кольцевого верхнего нагревателя, соответствующую внешнему диаметру диска, при этом расстояние между верхней и нижней кольцеобразными плоскими поверхностями 10 и 11 образует высоту верхнего нагревателя, а расстояние между внутренней и внешней боковыми сторонами 12 и 13, представляющими собой кольцевые поверхности, соответствующие внутреннему и внешнему диаметрам диска нагревателя, формирует ширину верхнего нагревателя.As shown in more detail in FIGS. 3 and 4, the upper heater is in the form of an annular disk having an upper annular flat surface or
Радиальные прорези 14 представляют собой вырезы в теле нагревателя, которые начинаются от внутренней кольцевой боковой стороны 12 и проходят к внешней кольцевой боковой стороне 13 нагревателя и/или от внешней кольцевой боковой стороны 13 и проходят к внутренней кольцевой боковой стороне 12. Направление, в котором выполнены прорези, соответствует направлению радиусов окружности, диаметр которой соответствует внешнему диаметру диска, имеющей центр, совпадающий с центром тела кольцеобразного диска верхнего нагревателя. Радиальные прорези являются несквозными, то есть не проходят насквозь от внешней боковой поверхности диска по ширине диска верхнего нагревателя, а имеют глубину, которая составляет от 1/2 до 3/4 от ширины кольцевого диска верхнего нагревателя, то есть от величины разности его внешнего и внутреннего диаметров. В конкретном примере выполнения прорези имеют глубину в радиальном направлении, составляющую 20-30 мм, например, 25 мм, и ширину 2-6 мм, в частности, 4 мм. Как правило, радиальные прорези проходят по всей высоте верхнего нагревателя от верхней кольцеобразной поверхности до нижней кольцеобразной поверхности верхнего нагревателя и имеют форму узкого прямоугольного выреза. Не исключается также возможность выполнения прорезей в виде вырезов, имеющих в сечении иную геометрическую форму, например, треугольную, в виде круга, овала, трапеции, прорезей, имеющих стенки изогнутой формы, а также любого сочетания указанных геометрических форм.The
Такие радиальные прорези 14 могут отходить от внутренней боковой стороны 12 или от внешней боковой стороны 13, а могут быть выполнены на обеих боковых сторонах кольцеобразного диска верхнего нагревателя. Причем, хотя это и не показано на фигурах, различные участки верхнего нагревателя могут иметь различное сочетание и различную геометрическую форму прорезей, расположенных на их внутренней и/или внешней сторонах.Such
Радиальные прорези внутренней боковой стороны и/или внешней боковой стороны верхнего нагревательного элемента разнесены на заданное расстояние друг от друга, в частности, как показано в примере выполнения на Фиг.3, расположены с равными интервалами и на одинаковом расстоянии друг от друга. При этом возможно также размещение смежных прорезей на разных расстояниях с различными интервалами между ними.The radial slots of the inner side and / or the outer side of the upper heating element are spaced a predetermined distance from each other, in particular, as shown in the embodiment of FIG. 3, are spaced at equal intervals and at the same distance from each other. It is also possible to place adjacent slots at different distances with different intervals between them.
В предпочтительном варианте выполнения радиальные прорези внутренней боковой стороны и внешней боковой стороны верхнего нагревательного элемента расположены чередующимся образом, так что радиальные прорези одной боковой стороны расположены между радиальными прорезями другой боковой стороны дополнительного верхнего нагревательного элемента. При этом угол между радиальными линиями, проходящими через центры смежных прорезей внутренней боковой стороны и прорезей внешней боковой стороны, то есть между осевыми линиями радиальных прорезей, может составлять от 40° до 15°, предпочтительно, 20°.In a preferred embodiment, the radial slots of the inner side and the outer side of the upper heating element are arranged alternately, so that the radial slots of one side are located between the radial slots of the other side of the additional upper heating element. The angle between the radial lines passing through the centers of adjacent slots of the inner side and the slots of the outer side, that is, between the center lines of the radial slots, can be from 40 ° to 15 °, preferably 20 °.
Прорези внутренней боковой стороны и внешней боковой стороны верхнего нагревательного элемента могут иметь имеют одинаковую глубину или различную глубину в радиальном направлении в зависимости от необходимой геометрии верхнего дополнительного нагревательного элемента и в зависимости от его желательного сопротивления.The slots of the inner side and the outer side of the upper heating element can have the same depth or different depth in the radial direction depending on the required geometry of the upper additional heating element and depending on its desired resistance.
Верхний нагревательный элемент 9 с возможностью перемещения установлен на проходящих вертикально держателях, связанных с токовводами, при этом, по меньшей мере, две диаметрально противоположные прорези, выполненные на верхней поверхности нагревательного элемента, имеют форму, которая обеспечивает размещение средств крепления для соединения верхнего нагревательного элемента 9 с вертикальными держателями. Верхний нагреватель 9 может быть выполнен из графита или из композиционных графитизированных материалов. Количество и размеры прорезей 14 в теле дополнительного верхнего нагревателя подобраны таким образом, чтобы его электрическое сопротивление обеспечивало необходимое выделение тепловой энергии над расплавом в области фронта кристаллизации при росте монокристаллов. При этом, например, при росте монокристаллов германия температура на дополнительном нагревателе будет составлять 800-850°С.The
В верхней части камеры размещено также устройство для вытягивания монокристалла из расплава, содержащее вертикально перемещаемый и выполненный с возможностью вращения вокруг своей вертикальной оси шток 15 затравки с закрепленной на нем монокристаллической затравкой.In the upper part of the chamber there is also a device for pulling a single crystal from a melt containing a
Далее работа заявленного устройства для выращивания монокристаллов из расплава методом Чохральского будет проиллюстрирована на примере выращивания монокристаллов германия, что не исключает возможности выращивания в устройстве монокристаллов кремния и монокристаллов других полупроводниковых материалов на основе элементов III-VI групп периодической системы элементов. Шихту исходного материала для получения монокристалла, содержащую поликристаллический зонноочищенный германий или оборотный материал от ранее выращенных монокристаллов данной марки загружают в тигель 3, камеру 1 устройства вакуумируют, и при помощи основного нижнего нагревателя 4 производят нагрев и расплавление шихты исходного материала в тигле. После расплавления шихты выставляется температура, при которой происходит кристаллизация на опущенной в расплав монокристаллической затравке, называемая температурой затравления, которая в данном примере выполнения составляет 937°С. При вытягивании затравки в вертикальном направлении с использованием штока 15 устройства для вытягивания монокристалла сначала происходит выращивание конусной части монокристалла до достижения необходимого диаметра при регулировании температуры на основном нагревателе. Далее путем регулирования температуры на нижнем основном нагревателе и на размещенном над расплавом дополнительном верхнем нагревателе, который согласно заявленному изобретению выполнен в форме кольцеобразного диска с несквозными радиальными прорезями, происходит выращивание цилиндрической части монокристалла. По окончании роста цилиндрической части монокристалла формируют обратный конус для исключения резкого перепада температуры при отделении монокристалла от расплава. После завершения процесса выращивания производится ступенчатое отключение электропитания на нагревателях.Further, the operation of the claimed device for growing single crystals from a melt by the Czochralski method will be illustrated by the example of growing single crystals of germanium, which does not exclude the possibility of growing silicon single crystals and single crystals of other semiconductor materials based on elements of groups III-VI of the periodic system of elements. The raw material mixture to obtain a single crystal containing polycrystalline zone-purified germanium or recycled material from previously grown single crystals of this brand is loaded into the
Таким образом, в процессе выращивания цилиндрической части кристалла, с помощью дополнительного верхнего нагревателя 9 в виде кольца, имеющего указанную выше конструкцию и размещенного над расплавом, обеспечивается более равномерное распределение температур в области фронта кристаллизации, и монокристалл германия выращивается из расплава в температурном поле, которое обеспечивает в кристалле в области фронта кристаллизации градиент температуры около 60°/см. При этом температура на основном нагревателе лежит в пределах 1000-1100°С, а на дополнительном верхнем нагревателе, расположенном над расплавом, температура составляет 800-850°С. Это позволяет получить малодислокационные кристаллы германия больших диаметров, в частности, монокристаллы с плотностью дислокации менее 200 см-2 и равномерным распределение легирующих примесей в объеме монокристалла, которые пригодны для получения полупроводниковых, в частности, германиевых пластин диаметром не менее 100 мм и толщиной менее 160 мкм.Thus, in the process of growing the cylindrical part of the crystal, using an additional
Наличие максимальных значений тепловых потоков с поверхности слитков в области фронта кристаллизации и их резкое снижение (~ в 2 раза) на расстоянии радиуса кристалла от границы раздела фаз требует активного теплового воздействия на эту область с целью снижения величины тепловых стоков и обусловленных ими повышенных значений градиентов температур и термоупругих напряжений в кристалле. В связи с этим в заявленном изобретении в области фронта кристаллизации используют дополнительный верхний нагреватель, имеющий конструкцию согласно изобретению, что обеспечивает возможность точного регулирования температуры, например, с использованием термопары, в области максимальных тепловых стоков с поверхности вытягиваемого кристалла и обеспечивает постоянный тепловой поток с фронта кристаллизации. При этом выращиваемые монокристаллы сохраняют постоянный диаметр слитков и имеют более ровную цилиндрическую боковую поверхность, что является важным параметром с точки зрения последующей калибровки, обработки и резки слитков для получения монокристаллических пластин диаметром 100 мм и более. Заявленное устройство позволяет получать монокристаллы с высоким структурным совершенством, соответствующим требованиям, предъявляемым при последующем изготовлении из них сверхтонких пластин толщиной до 160 мкм.The presence of maximum values of heat fluxes from the surface of the ingots in the region of the crystallization front and their sharp decrease (~ 2 times) at a distance of the crystal radius from the phase boundary requires active heat exposure in this region in order to reduce the amount of heat sinks and the resulting elevated temperature gradients and thermoelastic stresses in the crystal. In this regard, in the claimed invention, in the area of the crystallization front, an additional upper heater is used having the structure according to the invention, which makes it possible to precisely control the temperature, for example, using a thermocouple, in the region of maximum heat sinks from the surface of the drawn crystal and provides a constant heat flow from the front crystallization. At the same time, the grown single crystals maintain a constant diameter of the ingots and have a more even cylindrical side surface, which is an important parameter from the point of view of subsequent calibration, processing and cutting of the ingots to obtain single crystal plates with a diameter of 100 mm or more. The claimed device allows to obtain single crystals with high structural perfection, corresponding to the requirements for the subsequent manufacture of ultrafine wafers from them with a thickness of up to 160 microns.
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013129472/05A RU2534103C1 (en) | 2013-06-28 | 2013-06-28 | Device for growth of monocrystals from melt by vertical pulling technique |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013129472/05A RU2534103C1 (en) | 2013-06-28 | 2013-06-28 | Device for growth of monocrystals from melt by vertical pulling technique |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2534103C1 true RU2534103C1 (en) | 2014-11-27 |
Family
ID=53382926
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013129472/05A RU2534103C1 (en) | 2013-06-28 | 2013-06-28 | Device for growth of monocrystals from melt by vertical pulling technique |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2534103C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2565701C1 (en) * | 2014-12-03 | 2015-10-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный университет" | Method of growing germanium monocrystals |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1691431A1 (en) * | 1987-12-29 | 1991-11-15 | Предприятие П/Я М-5409 | Graphite heater |
US5137699A (en) * | 1990-12-17 | 1992-08-11 | General Electric Company | Apparatus and method employing interface heater segment for control of solidification interface shape in a crystal growth process |
-
2013
- 2013-06-28 RU RU2013129472/05A patent/RU2534103C1/en active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1691431A1 (en) * | 1987-12-29 | 1991-11-15 | Предприятие П/Я М-5409 | Graphite heater |
US5137699A (en) * | 1990-12-17 | 1992-08-11 | General Electric Company | Apparatus and method employing interface heater segment for control of solidification interface shape in a crystal growth process |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2565701C1 (en) * | 2014-12-03 | 2015-10-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный университет" | Method of growing germanium monocrystals |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101540232B1 (en) | Ingot growing apparatus | |
EP2971274B1 (en) | Czochralski crucible for controlling oxygen and related methods | |
KR20180120076A (en) | METHOD FOR PRODUCING SiC SINGLE CRYSTAL AND PRODUCTION DEVICE | |
JP5925319B2 (en) | SiC single crystal manufacturing apparatus and SiC single crystal manufacturing method | |
JP2009018987A (en) | Apparatus for manufacturing crystalline material block by adjusting heat conductivity | |
KR101048831B1 (en) | Graphite heater for producing single crystal, single crystal manufacturing device and single crystal manufacturing method | |
KR101680215B1 (en) | Method for manufacturing silicone single crystal ingot and silicone single crystal ingot manufactured by the method | |
KR20120138445A (en) | Apparatus for fabricating ingot | |
KR101381326B1 (en) | Method for producing semiconductor wafers composed of silicon | |
JP2018140882A (en) | Manufacturing method of silicon single crystal, rectification member and single crystal lifting apparatus | |
KR20120140547A (en) | Apparatus for fabricating ingot | |
CN105463571A (en) | Method for producing SiC single crystal | |
RU2534103C1 (en) | Device for growth of monocrystals from melt by vertical pulling technique | |
JP4844127B2 (en) | Single crystal manufacturing apparatus and manufacturing method | |
JP2007204332A (en) | Device and method for manufacturing single crystal | |
RU135650U1 (en) | DEVICE FOR GROWING SINGLE CRYSTALS FROM MELT BY CHOCHRALSKY METHOD | |
RU2531514C1 (en) | Heater for growth of monocrystals from melt by vertical pulling technique | |
JP2016117624A (en) | crucible | |
KR101530272B1 (en) | Apparatus and method for growing ingot | |
JP5617812B2 (en) | Silicon single crystal wafer, epitaxial wafer, and manufacturing method thereof | |
JP6597857B1 (en) | Heat shielding member, single crystal pulling apparatus and single crystal manufacturing method | |
JP2010248003A (en) | METHOD FOR PRODUCING SiC SINGLE CRYSTAL | |
KR20160135651A (en) | Method for producing sic single crystal | |
JP2016130205A (en) | Production method for sapphire single crystal | |
JP6279930B2 (en) | Crystal manufacturing apparatus and crystal manufacturing method |