способ получения монокристаллического кремния
Классы МПК: | C30B15/20 управление или регулирование C30B15/22 стабилизация или управление формой расплавленной зоны вблизи вытягиваемого кристалла; регулирование сечения кристалла C30B29/06 кремний |
Автор(ы): | Ремизов О.А. (RU), ДЖЕЙ Юн Квон (KR) |
Патентообладатель(и): | Ремизов Олег Алексеевич (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
1999-04-14 публикация патента:
20.11.2002 |
Область применения: изобретение относится к технологии получения полупроводниковых материалов и может быть использовано при выращивании монокристаллов кремния по методу Чохральского. Сущность изобретения состоит в способе получения монокристаллического кремния, включающем расплавление исходного кремния в тигле, введение затравки, вытягивание кристалла из расплава на вращающуюся затравку, в котором процесс ведут в атмосфере инертного газа, при совпадении направлений вращения тигля и кристалла и при соотношении скоростей вращения тигля и кристалла, определяемом по формуле
где
T и
K - соответственно скорость вращения тигля и кристалла, об/мин; k - число из интервала от 0,1 до 0,5; Dвн - внутренний диаметр кварцевого тигля, мм; dном - номинальный диаметр выращиваемого монокристалла, мм; hp - начальная глубина расплава в тигле, мм; Нн - длина греющей части нагревателя, мм;
- коэффициент позиционирования, учитывающий положение тигля с расплавом в полости нагревателя, а также конструкцию теплового узла. Находится в интервале 0,5-3,0 и предварительно определяемый экспериментально. Изобретение позволяет получать бездислокационные монокристаллы кремния с однородным радиальным распределением легирующей примеси и кислорода при большой массе загрузки. 2 з.п. ф-лы.
![способ получения монокристаллического кремния, патент № 2193079](/images/patents/277/2193079/2193079-1t.gif)
![способ получения монокристаллического кремния, патент № 2193079](/images/patents/277/2193079/969.gif)
![способ получения монокристаллического кремния, патент № 2193079](/images/patents/277/2193079/969.gif)
![способ получения монокристаллического кремния, патент № 2193079](/images/patents/277/2193032/947.gif)
Формула изобретения
1. Способ получения монокристаллического кремния, включающий расплавление исходного кремния в тигле, введение затравки, вытягивание кристалла из расплава на вращающуюся кристаллическую затравку, отличающийся тем, что направление вращения тигля и кристалла совпадают, а отношение скоростей вращения тигля и кристалла рассчитывают по формуле![способ получения монокристаллического кремния, патент № 2193079](/images/patents/277/2193079/2193079-12t.gif)
где
![способ получения монокристаллического кремния, патент № 2193079](/images/patents/277/2193079/969.gif)
![способ получения монокристаллического кремния, патент № 2193079](/images/patents/277/2193079/969.gif)
k - число из интервала от 0,1 до 0,5;
Dвн и dном - соответственно внутренний диаметр тигля и номинальный диаметр выращиваемого монокристалла, мм;
hp - начальная глубина расплава в тигле, мм;
Нн - длина греющей части нагревателя, мм;
![способ получения монокристаллического кремния, патент № 2193079](/images/patents/277/2193032/947.gif)
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых материалов и может быть использовано при выращивании монокристаллов кремния по методу Чохральского. Известны различные способы получения монокристаллического кремния с однородным распределением кислорода и/или легирующей примеси, включающие вытягивание из расплава кремния, находящегося в тигле. Например, известен также способ выращивания монокристаллов кремния под воздействием осесимметричного постоянного магнитного поля с индукцией 0,03-0,06 Тл при одновременном выборе соответствующих частот вращения кристалла и тигля ( RU 2042749, С 30 В 15/20, 1995). В вышеописанном способе тигель состоит из цилиндрической и сферической частей, при этом вытягивание кристалла из цилиндрической части тигля ведут при вполне определенной постоянной скорости вращения, а при достижении уровня сферической части частоту вращения тигля увеличивают в зависимости от роста кристалла. Другим вариантом выращивания монокристаллов кремния на вращающуюся затравку из расплава в тигле, состоящем из цилиндрической и сферической частей, является способ, предусматривающий изменение частоты вращения тигля и поддержания постоянной частоты вращения кристалла при Wкр > Wт, при этом при выращивании кристалла на цилиндрическом участке Wт увеличивают на (0,2-0,5) об/мин, а при выращивании на сферическом участке тигля Wт уменьшают на (0,15-0,45) об/мин на каждый сантиметр длины кристалла (RU 2077615, С 30 В 15/00, 1997). Однако вышеописанные способы сложны в исполнении, хотя и обеспечивают высокую осевую однородность кристаллов с нормированным уровнем содержания кислорода. Известен способ получения монокристаллического кремния, в котором скорость вращения кристалла изменяли от 0 до 6 об/мин, а скорость вращения тигля от 0 до 25 об/мин в различных вариациях. Способ проводили под ультразвуковым воздействием (RU 2035530, С 30 В 15/22, 1994). Однако оптимальное сочетание скоростей вращения кристалла и тигля определенно. В научно-технической литературе отмечалось, что скорость вращения кристалла и скорость вращения тигля оказывают заметное влияние на гидродинамику потоков в расплаве кремния, что в свою очередь влияет на концентрацию и распределение кислорода и/или легирующей примеси (см., например, Гускина Л. Г. Влияние условий выращивания на распределение кислорода в монокристаллах кремния. Электронная техника. Серия Материалы 1983 г., выпуск 2 (175), с. 37-38). Однако конкретных рекомендаций по поддержанию необходимых скоростей вращения данная статья не содержит. Известен способ выращивания монокристаллов кремния из расплава при непрерывном вращении затравочного кристалла со скоростью 5-25 об/мин и периодическом вращении тигля в противоположную сторону со скоростью 5-20 об/мин (US 4040895, В 01 J 17/18, 1977). Однако способ не обеспечивает однородного радиального распределения кислорода в монокристаллах. Более равномерное распределение кислорода в монокристаллах регулируется путем изменения как величины, так и соотношения скоростей вращения затравки и тигля (ЕР 0055619, С 30 В 15/30, 1982). Однако при выращивании стержня из тиглей с массой загрузки более 10 кг часто происходит как деформация (скручивание) стержня, вследствие чего он принимает винтообразную форму, так и искривление граней роста. Это явление вызвано действием тепловой конвекции, интенсивность которой возрастает с увеличением массы загрузки и особенно сильно проявляется в начале процесса вытягивания при большой глубине расплава кремния. Задачей настоящего изобретения является разработка способа получения бездислокационных монокристаллов кремния с однородным радиальным распределением легирующей примеси и кислорода при большой массе загрузки. Поставленная задача решается описываемым способом получения монокристаллического кремния, включающим расплавление исходного кремния в тигле, введение затравки, вытягивание кристалла из расплава на вращающуюся кристаллическую затравку, в котором направления вращения тигля и кристалла совпадают, а отношение скоростей их вращения рассчитывают по формуле:![способ получения монокристаллического кремния, патент № 2193079](/images/patents/277/2193079/2193079-3t.gif)
где
![способ получения монокристаллического кремния, патент № 2193079](/images/patents/277/2193079/969.gif)
![способ получения монокристаллического кремния, патент № 2193079](/images/patents/277/2193079/969.gif)
k - число из интервала от 0,1 до 0,5;
Dвн - внутренний диаметр кварцевого тигля, мм;
dном - номинальный диаметр выращиваемого монокристалла, мм;
hp - начальная глубина расплава в тигле, мм;
Нн - длина греющей части нагревателя, мм;
![способ получения монокристаллического кремния, патент № 2193079](/images/patents/277/2193032/947.gif)
- Рейнольдса
![способ получения монокристаллического кремния, патент № 2193079](/images/patents/277/2193079/2193079-4t.gif)
- Рэлея
![способ получения монокристаллического кремния, патент № 2193079](/images/patents/277/2193079/2193079-5t.gif)
и симплексов: DK/DT, hp/DT и
![способ получения монокристаллического кремния, патент № 2193079](/images/patents/277/2193079/2193079-6t.gif)
где
![способ получения монокристаллического кремния, патент № 2193079](/images/patents/277/2193079/969.gif)
![способ получения монокристаллического кремния, патент № 2193079](/images/patents/277/2193079/969.gif)
Dк и Dт - диаметр кристалла и тигля соответственно;
![способ получения монокристаллического кремния, патент № 2193079](/images/patents/277/2193049/957.gif)
g - ускорение силы тяжести;
![способ получения монокристаллического кремния, патент № 2193079](/images/patents/277/2193022/946.gif)
![способ получения монокристаллического кремния, патент № 2193079](/images/patents/277/2193022/945.gif)
hp - глубина расплава;
![способ получения монокристаллического кремния, патент № 2193079](/images/patents/277/2193005/916.gif)
![способ получения монокристаллического кремния, патент № 2193079](/images/patents/277/2193008/8226.gif)
![способ получения монокристаллического кремния, патент № 2193079](/images/patents/277/2193008/8226.gif)
![способ получения монокристаллического кремния, патент № 2193079](/images/patents/277/2193008/8226.gif)
![способ получения монокристаллического кремния, патент № 2193079](/images/patents/277/2193032/947.gif)
![способ получения монокристаллического кремния, патент № 2193079](/images/patents/277/2193005/177.gif)
![способ получения монокристаллического кремния, патент № 2193079](/images/patents/277/2193079/2193079-7t.gif)
где k - число из интервала от 0,1 до 0,5;
Dвн и dном - соответственно внутренний диаметр тигля (262 мм) и номинальный диаметр кристалла (100 мм);
hp и Нн - соответственно начальная глубина расплава в тигле (145 мм) и длина греющей части нагревателя (300 мм);
![способ получения монокристаллического кремния, патент № 2193079](/images/patents/277/2193032/947.gif)
![способ получения монокристаллического кремния, патент № 2193079](/images/patents/277/2193005/177.gif)
![способ получения монокристаллического кремния, патент № 2193079](/images/patents/277/2193005/177.gif)
![способ получения монокристаллического кремния, патент № 2193079](/images/patents/277/2193005/177.gif)
![способ получения монокристаллического кремния, патент № 2193079](/images/patents/277/2193079/2193079-8t.gif)
проводились в соответствии с требованиями международного стандарта ASTM (соответственно F 81 plan В и F 951 plan В):
где
![способ получения монокристаллического кремния, патент № 2193079](/images/patents/277/2193079/2193079-9t.gif)
![способ получения монокристаллического кремния, патент № 2193079](/images/patents/277/2193079/2193079-10t.gif)
![способ получения монокристаллического кремния, патент № 2193079](/images/patents/277/2193079/2193079-11t.gif)
где (Oi)к - концентрация оптически активного кислорода на периферии шайбы вблизи 6 мм от края. Среднее из двух измерений под углом 180oС;
(Oi)ц - концентрация оптически активного кислорода в центре шайбы. Технический эффект предлагаемого способа заключается в получении монокристаллического кремния с высоким выходом и однородным радиальным распределением легирующей примеси и кислорода. Предлагаемое изобретение обеспечивает при реализации следующие преимущества:
- Увеличивается выход годных микросхем с пластины. - Материал позволяет изготавливать микросхемы с высокой степенью интеграции, включая сверхбольшие интегральные схемы, а также запоминающие устройства с большим объемом памяти. - Снижается себестоимость изготовления монокристаллов и микросхем. - На 1,5-2% повышается кпд солнечных элементов, изготовленных из монокристаллов, полученных по предлагаемому способу.
Класс C30B15/20 управление или регулирование
Класс C30B15/22 стабилизация или управление формой расплавленной зоны вблизи вытягиваемого кристалла; регулирование сечения кристалла