RU2663130C1 - Method for growing silicon monocrystal from melt - Google Patents
Method for growing silicon monocrystal from melt Download PDFInfo
- Publication number
- RU2663130C1 RU2663130C1 RU2018105247A RU2018105247A RU2663130C1 RU 2663130 C1 RU2663130 C1 RU 2663130C1 RU 2018105247 A RU2018105247 A RU 2018105247A RU 2018105247 A RU2018105247 A RU 2018105247A RU 2663130 C1 RU2663130 C1 RU 2663130C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- melt
- gas
- chamber
- vapor
- crucible
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims abstract description 17
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 16
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 15
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 34
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 38
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 7
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 4
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims description 4
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Inorganic materials [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 35
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 12
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 9
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 abstract description 7
- 230000006378 damage Effects 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 abstract description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 71
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 51
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 25
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 14
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 5
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 4
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 4
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 description 4
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 4
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 3
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 3
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 3
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 2
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 238000005482 strain hardening Methods 0.000 description 2
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002925 chemical effect Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000003306 harvesting Methods 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
Images
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
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
-
- 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
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)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых материалов для электронной техники и фотоэнергетики, в частности кремния, получаемого для этих целей методом Чохральского.The invention relates to a technology for producing semiconductor materials for electronic equipment and photovoltaics, in particular silicon, obtained for these purposes by the Czochralski method.
Известно, что оснастка печи для выращивания монокристаллов кремния методом Чохральского состоит из графитовых и углеродных композитных материалов: из этих материалов изготавливают более 80% элементов оснастки печи. Как правило, процесс выращивания осуществляют в протоке чистого аргона с использованием кварцевого тигля для расплава. Газовый поток формируют для создания чистой зоны над расплавом в тигле и удаления из области кристаллизации парогазовой смеси моноокиси кремния SiO и моноокиси углерода СО, а также других летучих примесей. При этом газовый поток направляют как сверху вниз, так и снизу вверх, вдоль вертикальной оси тигля с расплавом. В первом случае парогазовая смесь аргона с моноокисями кремния и углерода соприкасается с элементами теплового узла, приводя к их разрушению. Однако в этом случае процесс образования, к примеру, моноокиси кремния не столь интенсивен, поскольку двигающийся сверху вниз газ "поддавливает" на пары моноокиси кремния, уменьшая интенсивность их образования. Во втором случае элементы теплового узла соприкасаются с чистым аргоном и не разрушаются. Однако в этом случае двигающийся снизу вверх газ подхватывает пары моноокиси кремния и интенсивность образования моноокиси возрастает, что ведет к ускоренному разрушению тигля.It is known that the furnace equipment for growing silicon single crystals by the Czochralski method consists of graphite and carbon composite materials: more than 80% of the furnace equipment elements are made from these materials. As a rule, the growing process is carried out in a stream of pure argon using a quartz crucible for melt. A gas stream is formed to create a clean zone above the melt in the crucible and to remove from the crystallization region a vapor-gas mixture of silicon monoxide SiO and carbon monoxide CO, as well as other volatile impurities. In this case, the gas flow is directed both from top to bottom and from bottom to top, along the vertical axis of the melt crucible. In the first case, the vapor-gas mixture of argon with silicon and carbon monoxides is in contact with the elements of the thermal unit, leading to their destruction. However, in this case, the formation of, for example, silicon monoxide is not so intense, since the gas moving from top to bottom “squeezes” the silicon monoxide vapor, reducing the intensity of their formation. In the second case, the elements of the thermal unit are in contact with pure argon and are not destroyed. However, in this case, the gas moving from bottom to top picks up silicon monoxide vapor and the rate of monoxide formation increases, which leads to accelerated destruction of the crucible.
Моноокись кремния SiO образуется, в основном, в результате химической реакции между расплавленным кремнием и кварцевым тиглемSilicon monoxide SiO is formed mainly as a result of a chemical reaction between molten silicon and a quartz crucible
Моноокись углерода СО образуется в результате химической реакции между кислородом, попадающим внутрь камеры через уплотнения, и элементами оснастки печиCO carbon monoxide is formed as a result of a chemical reaction between oxygen entering the chamber through seals and furnace accessories
а также между моноокисью кремния SiO и элементами оснастки печиas well as between silicon monoxide SiO and furnace accessories
Образование парогазовой смеси из холодного аргона, горячей моноокиси SiO и моноокиси углерода СО и других летучих соединений над расплавом приводит к их коагуляции в микрочастицы, которые осаждаются на относительно холодных поверхностях внутри камеры, а также конвективными потоками этой парогазовой смеси переносятся в объеме камеры к поверхности расплава и попадают в область кристаллизации, что приводит к срыву бездислокационного роста монокристалла. Поскольку потоки газа постоянно уносят пары моноокиси кремния с приповерхностного слоя над расплавом, процесс их образования идет интенсивно и для их эвакуации требуется большой объем аргона.The formation of a vapor – gas mixture from cold argon, hot SiO monoxide, and carbon monoxide CO and other volatile compounds above the melt leads to their coagulation into microparticles, which are deposited on relatively cold surfaces inside the chamber, and are transferred into the melt surface by convective flows of this vapor – gas mixture in the chamber volume and fall into the crystallization region, which leads to disruption of the dislocation-free growth of a single crystal. Since gas flows constantly carry away silicon monoxide vapor from the surface layer above the melt, the process of their formation is intensive and their evacuation requires a large volume of argon.
Известен способ выращивания монокристаллов кремния из расплава (патент RU №2241079, МПК7 С30В 15/00, 27.11.2004), где подаваемый поток аргона формируется над расплавом с помощью верхнего газ направляющего экрана, захватывает парогазовую смесь из области кристаллизации и свободного пространства и уносит ее к отверстиям для эвакуации.A known method of growing silicon single crystals from a melt (patent RU No. 2241079, IPC 7 C30B 15/00, 11/27/2004), where the feed stream of argon is formed above the melt using the upper gas of the guide screen, captures the vapor-gas mixture from the crystallization region and free space and carries away her to the evacuation holes.
Недостатком этого способа является то, что в зону расплава подается холодный рабочий газ, который формирует турбулентные потоки, смешиваясь с горячей парогазовой смесью над расплавом, что приводит к коагуляции и конденсации смеси и выпадению продуктов в расплав. Холодный газ, смешиваясь с горячей парогазовой смесью и способствуя ее коагуляции и конденсации, поддерживает парогазовую смесь в ненасыщенном состоянии, в результате чего интенсивность образования моноокиси кремния остается высокой. Кроме того, микрочастицы из охлажденной парогазовой смеси имеют возможность оседать на графитовых частях печи и тигле и взаимодействовать с ними, что уменьшает срок службы кварцевого тигля и графитовых элементов теплового узла.The disadvantage of this method is that cold working gas is supplied to the melt zone, which forms turbulent flows, being mixed with the hot vapor-gas mixture above the melt, which leads to coagulation and condensation of the mixture and precipitation of the products into the melt. Cold gas, mixed with a hot vapor-gas mixture and promoting its coagulation and condensation, maintains the vapor-gas mixture in an unsaturated state, as a result of which the rate of formation of silicon monoxide remains high. In addition, the microparticles from the cooled vapor-gas mixture have the ability to settle on the graphite parts of the furnace and crucible and interact with them, which reduces the service life of the quartz crucible and graphite elements of the thermal unit.
Наиболее близким по технической сущности является способ выращивания монокристалла кремния из расплава (патент RU №2472875, МПК7 С30В 15/00, 24.08.2011 г.), в котором рабочий газ подают в камеру снизу под тигель сквозь теплоизолирующий материал, а парогазовую смесь эвакуируют сверху над тиглем. В известном способе исключают возможность попадания холодного газа в пространство над расплавом в тигле, где происходит образование горячей парогазовой смеси и моноокисей. Основным недостатком данного способа является высокая скорость образования моноокиси кремния, так как восходящий поток горячего аргона формирует над расплавом область пониженного давления, в результате чего парогазовая смесь поддерживается в ненасыщенном состоянии. К другим недостаткам способа выращивания можно также отнести и то, что появляется возможность коагуляции горячей парогазовой смеси и попадания микрочастиц в расплав при движении парогазовой смеси вверх от расплава, к устройствам откачки, которые поддерживаются в относительно холодном состоянии.The closest in technical essence is the method of growing a silicon single crystal from a melt (patent RU No. 2472875, IPC 7 С30В 15/00, 08/24/2011), in which the working gas is fed into the chamber from below under the crucible through an insulating material, and the vapor-gas mixture is evacuated above the crucible. In the known method exclude the possibility of cold gas entering the space above the melt in the crucible, where the formation of a hot vapor-gas mixture and monoxides. The main disadvantage of this method is the high rate of formation of silicon monoxide, since the upward flow of hot argon forms a region of reduced pressure above the melt, as a result of which the vapor-gas mixture is maintained in an unsaturated state. Other disadvantages of the growing method can also be attributed to the possibility of coagulation of a hot vapor-gas mixture and the ingress of microparticles into the melt when the vapor-gas mixture moves upward from the melt, to pumping devices that are maintained in a relatively cold state.
В заявляемом способе выращивания монокристаллов по методу Чохральского рабочий газ подают из двух источников, а траектория движения газовых потоков строго определена конструктивными элементами теплового узла. Основной поток рабочего газа подают в нижнюю часть камеры через горячую теплоизоляцию, ограниченную специальными направляющими цилиндрами под тигель с расплавом.In the inventive method for growing single crystals by the Czochralski method, the working gas is supplied from two sources, and the trajectory of the gas flows is strictly determined by the structural elements of the heat unit. The main working gas stream is fed to the lower part of the chamber through hot thermal insulation limited by special guiding cylinders for a crucible with a melt.
Газовый поток, направленный через теплоизолирующий материал с развитой поверхностью, например, гранулированный карбид кремния, нитрид кремния, двуокись кремния или диоксид циркония, разогревается от контакта с теплоизоляцией, увеличиваясь в объеме. Это позволяет снижать его расход. Разогреваясь, газ отбирает часть тепла у теплоизоляции, стабилизируя термодинамику таким образом, что часть тепла сбрасывается теплоизоляцией потоком газообразного аргона, снижая расход охлаждающей воды и электроэнергии. Горячий газ, проходя между тиглем и нагревателем, дополнительно разогревается и выводится к устройствам откачки.A gas stream directed through a heat-insulating material with a developed surface, for example, granular silicon carbide, silicon nitride, silicon dioxide or zirconia, is heated from contact with thermal insulation, increasing in volume. This allows you to reduce its consumption. Warming up, the gas takes part of the heat from the insulation, stabilizing the thermodynamics in such a way that part of the heat is discharged by the insulation stream of gaseous argon, reducing the consumption of cooling water and electricity. The hot gas passing between the crucible and the heater is additionally heated and discharged to the pumping devices.
Вспомогательный поток горячего газа подают от отдельного источника, сверху, вдоль кристалла, к узкому зазору между поверхностью расплава и основанием направляющего колодца, через который он вытесняет образующую над расплавом парогазовую смесь. Парогазовая смесь подхватывается основным потоком чистого горячего аргона и эвакуируется к устройствам откачки, исключая возможность выпадения микрочастиц в расплав.An auxiliary stream of hot gas is supplied from a separate source, from above, along the crystal, to a narrow gap between the surface of the melt and the base of the guide well, through which it displaces the vapor-gas mixture forming above the melt. The gas-vapor mixture is picked up by the main stream of pure hot argon and evacuated to the pumping devices, eliminating the possibility of microparticles falling into the melt.
Вспомогательный поток газа сверху формирует область повышенного давления над расплавом, снижая тем самым интенсивность образования моноокисей.The auxiliary gas flow from above forms a region of increased pressure above the melt, thereby reducing the rate of monoxide formation.
В результате существенно уменьшается расход аргона, исключается возможность соприкосновения парогазовой смеси, содержащей агрессивные моноокиси, с элементами теплового узла, часть излишков тепла от теплового узла уносится потоком аргона, что позволяет оптимизировать энергозатраты на процесс выращивания монокристалла. Кроме этого сам нагреватель и графитовая оснастка находятся в атмосфере чистого аргона и менее подвержены износу.As a result, the consumption of argon is significantly reduced, the possibility of contact between the vapor-gas mixture containing aggressive monoxides and the elements of the thermal unit is excluded, part of the excess heat from the thermal unit is carried away by the argon flow, which allows optimizing the energy consumption for the process of growing a single crystal. In addition, the heater itself and graphite equipment are in an atmosphere of pure argon and are less susceptible to wear.
Задачей изобретения является снижение скорости разрушения элементов теплового узла и тигля путем формирования потока рабочего газа таким образом, чтобы минимизировать образование моноокиси кремния, а также исключить воздействие агрессивной парогазовой смеси на элементы теплового узла.The objective of the invention is to reduce the rate of destruction of the elements of the thermal unit and the crucible by forming a flow of the working gas in such a way as to minimize the formation of silicon monoxide, and also to eliminate the effect of aggressive vapor-gas mixture on the elements of the thermal unit.
Поставленная задача достигается тем, что в заявляемом способе выращивания монокристалла кремния из расплава, в установках по методу Чохральского, разогретый рабочий газ внутри камеры направляют вверх параллельно вертикальной оси камеры и, не проходя над расплавом, выводят через регулируемые клапаны, расположенные в верхней части боковой поверхности камеры, выше уровня тигля, при этом одновременно с основным газовым потоком в верхнюю часть камеры подают вспомогательный поток горячего рабочего газа от отдельного источника, в объемах, необходимых для поддержания постоянной скорости потока газа, траекторию движения которого формируют направляющим колодцем и который выдавливает образующую над расплавом парогазовую смесь через узкий зазор между поверхностью расплава и основанием направляющего колодца, при этом основной поток рабочего газа, двигающийся снизу вверх, увлекает за собой парогазовую смесь и эвакуирует ее через регулируемые клапаны к устройствам откачки.The problem is achieved by the fact that in the inventive method of growing a silicon single crystal from a melt, in installations according to the Czochralski method, the heated working gas inside the chamber is directed upward parallel to the vertical axis of the chamber and, without passing above the melt, is led out through adjustable valves located in the upper part of the side surface chamber, above the level of the crucible, while at the same time with the main gas stream in the upper part of the chamber serves an auxiliary stream of hot working gas from a separate source, in volumes not required to maintain a constant gas flow rate, the path of which is formed by the guide well and which squeezes the vapor-gas mixture forming above the melt through a narrow gap between the surface of the melt and the base of the guide well, while the main working gas flow moving from the bottom up carries the vapor-gas mixture and evacuates it through adjustable valves to the pumping devices.
На фигуре представлена схема подачи рабочего газа и эвакуации парогазовой смеси в камере установки для выращивания монокристалла кремния из расплава.The figure shows a diagram of the supply of the working gas and the evacuation of the gas mixture in the chamber of the installation for growing silicon single crystal from the melt.
Реализацию данного способа осуществляют в установке для выращивания монокристалла 1 кремния из расплава 2 по методу Чохральского.The implementation of this method is carried out in a plant for growing a single crystal of
Установка содержит камеру 3 с одним или несколькими патрубками 4 откачки для эвакуации потока парогазовой смеси, расположенными ниже направляющего колодца 5, направляющие цилиндры для газа 6, шток 7, тигель 8, нагреватель 9, расположенный вокруг тигля 8 и установленный на токовводах 10. Все пространство между нагревателем 9, дном тигля 8 и камерой 3 засыпано теплоизоляционным материалом 11. Снизу в камере 3 установлено распределительное устройство 12. Для регулирования давления, скорости течения и формирования потоков рабочего газа на откачных патрубках 4 устанавливаются регулирующие клапаны 13, а в местах ввода газа устанавливаются регуляторы расхода газа 14.The installation comprises a
Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.
Основной поток холодного рабочего газа подают снизу, через распределительное устройство 12, в нижнюю часть рабочей камеры 3. Двигаясь вдоль направляющих цилиндров 6, через засыпную теплоизоляцию 11, газ разогревается, увеличиваясь в объеме. Затем подогретый рабочий газ выходит из теплоизоляции 11 и проходит между стенками тигля 8 и нагревателем 9. При этом основной газовый поток не проходит над расплавом 2, а сразу уходит в откачные патрубки 4, увлекая за собой некоторое количество парогазовой смеси моноокиси кремния SiO и моноокиси углерода СО и других летучих примесей. Одновременно с основным газовым потоком в верхнюю часть камеры подают вспомогательный поток горячего рабочего газа от отдельного источника для создания и поддержания над расплавом области повышенного давления. Скорости потока, давление и расход газа формируют регуляторами расхода газа 14 и клапанами 13. Траекторию движения рабочего газа формируют направляющим колодцем 5 и направляющими цилиндрами 6.The main stream of cold working gas is supplied from below, through a
Вспомогательный поток рабочего газа выдавливает образующую над расплавом парогазовую смесь, через узкий зазор между поверхностью расплава и основанием направляющего колодца, при этом основной поток рабочего газа, двигающийся снизу вверх, увлекает за собой парогазовую смесь и эвакуирует ее через регулируемые клапаны 13 к устройствам откачки.The auxiliary working gas stream squeezes the vapor-gas mixture forming above the melt through a narrow gap between the melt surface and the base of the guide well, while the main working gas stream moving from the bottom up carries the vapor-gas mixture along and evacuates it through
Пример 1. Выращивание монокристалла кремния в протоке аргона с теплоизолирующей засыпкой из карбида кремния.Example 1. The growth of a single crystal of silicon in an argon flow with a heat-insulating filling of silicon carbide.
В печи в качестве теплоизоляции используется кристаллы карбида кремния размером фракции от 0,8 до 5 мм.Silicon carbide crystals are used in the furnace as thermal insulation, with a particle size of 0.8 to 5 mm.
В тигель 8 загружают исходный кремний, камеру закрывают, откачивают до давления не выше 0,01 Торр. Затем включают нагрев. Через распределительное устройство 12 снизу подают основной поток аргона. Сверху подают вспомогательный поток горячего аргона. Расход аргона можно менять. Основной поток аргона проходит вдоль направляющих цилиндров 6, через засыпную теплоизоляцию 11, разогревается, увеличиваясь в объеме и охлаждая теплоизоляцию. Затем подогретый рабочий газ выходит из теплоизоляции и проходит между стенками тигля 8 и нагревателем 9. Вспомогательный поток аргона проходит вдоль растущего монокристалла, над расплавом и над тиглем подхватывается основным потоком аргона. Газ откачивают через патрубки 4. Регулирующие клапаны 13 открыты полностью. Давление газа в камере определяют регуляторами расхода газа 14.The initial silicon is loaded into the
Пример 2. Выращивание монокристалла кремния в протоке аргона с поддержанием заданного давления над расплавом с теплоизолирующей засыпкой из карбида кремния.Example 2. The growth of a silicon single crystal in an argon flow while maintaining a predetermined pressure above the melt with a heat-insulating filling of silicon carbide.
В печи в качестве теплоизоляции используется кристаллы карбида кремния размером фракции от 0,8 до 5 мм.Silicon carbide crystals are used in the furnace as thermal insulation, with a particle size of 0.8 to 5 mm.
В тигель 8 загружают исходный кремний, камеру закрывают, откачивают до давления не выше 0,01 Торр. Затем включают нагрев. Через распределительное устройство 12 снизу подают основной поток аргона. Сверху подают вспомогательный поток горячего аргона. Расход аргона можно менять. Основной поток аргона проходит вдоль направляющих цилиндров 6, через засыпную теплоизоляцию 11, разогревается, увеличиваясь в объеме и охлаждая теплоизоляцию. Затем подогретый рабочий газ выходит из теплоизоляции и проходит между стенками тигля 8 и нагревателем 9. Вспомогательный поток аргона проходит вдоль растущего монокристалла, над расплавом и над тиглем подхватывается основным потоком аргона. Газ откачивают через патрубки 4. Регулирующие клапаны 13 открыты настолько, чтобы обеспечить в камере заданное давление, например, 50 Торр. Давление газа в камере регулируют проходным сечением клапанов 13.The initial silicon is loaded into the
Таким образом, предлагаемый способ позволяет снизить расход рабочего газа, скорость образования моноокисей и сохранить от разрушения графитовую основу нагревателя за счет исключения химического воздействия моноокиси кремния на графит при высокой температуре. Нагреватель и графитовые части теплового узла все время находятся в атмосфере инертного газа, что само по себе увеличивает срок их службы. При этом качественные характеристики выращенных монокристаллов улучшаются за счет устранения источника дополнительного загрязнения атмосферы камеры продуктами взаимодействия агрессивной парогазовой смеси с элементами теплового узла.Thus, the proposed method allows to reduce the consumption of the working gas, the rate of formation of monoxides and to save the graphite base of the heater from destruction by eliminating the chemical effect of silicon monoxide on graphite at high temperature. The heater and the graphite parts of the thermal unit are always in an inert gas atmosphere, which in itself increases their service life. At the same time, the qualitative characteristics of the grown single crystals are improved by eliminating the source of additional pollution of the chamber atmosphere by the interaction products of the aggressive gas-vapor mixture with the elements of the heat unit.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018105247A RU2663130C1 (en) | 2018-02-12 | 2018-02-12 | Method for growing silicon monocrystal from melt |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018105247A RU2663130C1 (en) | 2018-02-12 | 2018-02-12 | Method for growing silicon monocrystal from melt |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2663130C1 true RU2663130C1 (en) | 2018-08-01 |
Family
ID=63142620
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018105247A RU2663130C1 (en) | 2018-02-12 | 2018-02-12 | Method for growing silicon monocrystal from melt |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2663130C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112030223A (en) * | 2020-07-13 | 2020-12-04 | 大同新成新材料股份有限公司 | Semiconductor graphite crucible for thermal field of single crystal furnace and use method thereof |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56149400A (en) * | 1980-04-18 | 1981-11-19 | Hitachi Ltd | Manufacturing apparatus for single crystal |
| JPS57183396A (en) * | 1981-05-06 | 1982-11-11 | Kokusai Electric Co Ltd | Device for exhausting gas in single crystal growing apparatus |
| RU2102539C1 (en) * | 1994-12-01 | 1998-01-20 | Вакер Зильтроник Гезельшафт фюр Хальбляйтерматериалиен АГ | Device and method for growing monocrystal |
| RU2241079C1 (en) * | 2003-06-17 | 2004-11-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "Луч" | Device for growing silicon mono-crystal from melt |
| US20050257736A1 (en) * | 2002-09-13 | 2005-11-24 | Toshiba Ceramics Co., Ltd. | Apparatus for pulling a single crystal |
| RU2472875C1 (en) * | 2011-08-24 | 2013-01-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Макси-М" | Method for growing silicon monocrystal from molten metal |
-
2018
- 2018-02-12 RU RU2018105247A patent/RU2663130C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56149400A (en) * | 1980-04-18 | 1981-11-19 | Hitachi Ltd | Manufacturing apparatus for single crystal |
| JPS57183396A (en) * | 1981-05-06 | 1982-11-11 | Kokusai Electric Co Ltd | Device for exhausting gas in single crystal growing apparatus |
| RU2102539C1 (en) * | 1994-12-01 | 1998-01-20 | Вакер Зильтроник Гезельшафт фюр Хальбляйтерматериалиен АГ | Device and method for growing monocrystal |
| US20050257736A1 (en) * | 2002-09-13 | 2005-11-24 | Toshiba Ceramics Co., Ltd. | Apparatus for pulling a single crystal |
| RU2241079C1 (en) * | 2003-06-17 | 2004-11-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "Луч" | Device for growing silicon mono-crystal from melt |
| RU2472875C1 (en) * | 2011-08-24 | 2013-01-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Макси-М" | Method for growing silicon monocrystal from molten metal |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112030223A (en) * | 2020-07-13 | 2020-12-04 | 大同新成新材料股份有限公司 | Semiconductor graphite crucible for thermal field of single crystal furnace and use method thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5815184B2 (en) | Ingot and silicon wafer | |
| KR101975735B1 (en) | High-temperature process improvements using helium under regulated pressure | |
| JP5657687B2 (en) | Method for purifying metallic silicon | |
| CN107955969A (en) | A kind of SiC single crystal growing system being persistently fed | |
| CA2795395C (en) | Production of monocrystalline semiconductor materials | |
| US20120171848A1 (en) | Method and System for Manufacturing Silicon and Silicon Carbide | |
| RU2663130C1 (en) | Method for growing silicon monocrystal from melt | |
| CN105734672A (en) | A method of growing high-quality silicon carbide crystals in an oxygen-containing atmosphere | |
| CN112501690A (en) | Growth method of sapphire single crystal | |
| JP4688090B2 (en) | Apparatus and method for crystal growth | |
| KR20070084283A (en) | How to generate a Baan or Azaan crystal | |
| RU2472875C1 (en) | Method for growing silicon monocrystal from molten metal | |
| EA015760B1 (en) | A method and a reactor for production of high-purity silicon | |
| JP7567929B2 (en) | Method for producing silicon single crystals | |
| CN101050545A (en) | Method for developing aluminum nitride crystal in large size through flow of plasma flame | |
| JP4817307B2 (en) | Granular semiconductor manufacturing method and manufacturing apparatus | |
| JP2004131376A (en) | Silicon carbide single crystal, and method and apparatus for producing the same | |
| KR101525859B1 (en) | Apparatus for manufacturing fine powder of high purity silicon | |
| JP4668600B2 (en) | Method for producing nitride single crystal | |
| RU2241079C1 (en) | Device for growing silicon mono-crystal from melt | |
| KR20110042433A (en) | Graphite ring device for increasing yield of sapphire single crystal ingot | |
| KR20070089570A (en) | Semiconductor polycrystalline compound synthesis method and synthesis method | |
| JP3837522B2 (en) | ZnO single crystal growth furnace and single crystal growth method | |
| JP2005336010A (en) | Method and apparatus for manufacturing single crystal | |
| CN101328605A (en) | Method for producing solar energy polycrystal ribbon silicon by purifying impurity precipitated by float metallurgy melting |