RU2241079C1 - Device for growing silicon mono-crystal from melt - Google Patents
Device for growing silicon mono-crystal from melt Download PDFInfo
- Publication number
- RU2241079C1 RU2241079C1 RU2003117511/15A RU2003117511A RU2241079C1 RU 2241079 C1 RU2241079 C1 RU 2241079C1 RU 2003117511/15 A RU2003117511/15 A RU 2003117511/15A RU 2003117511 A RU2003117511 A RU 2003117511A RU 2241079 C1 RU2241079 C1 RU 2241079C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heater
- gas
- melt
- chamber
- rod
- Prior art date
Links
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims description 22
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 21
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims description 21
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims description 21
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 27
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 23
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 21
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 19
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 12
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000945 filler Substances 0.000 abstract 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 48
- 238000000034 method Methods 0.000 description 26
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 26
- 230000008569 process Effects 0.000 description 23
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 10
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 7
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 6
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 4
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 4
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 4
- 239000000047 product Substances 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 3
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 3
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000013590 bulk material Substances 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 230000002925 chemical effect Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых материалов для электронной техники, в частности кремния, получаемого для этих целей методом Чохральского.The invention relates to a technology for producing semiconductor materials for electronic equipment, in particular silicon, obtained for these purposes by the Czochralski method.
Оснастка печи для выращивания монокристаллов кремния методом Чохральского изготовлена из множества графитовых и углеродных композитных материалов. 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 других летучих примесей.The furnace equipment for growing silicon single crystals by the Czochralski method is made of a variety of graphite and carbon composite 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 remove from the crystallization region a vapor-gas mixture of silicon monoxide SiO and other volatile impurities.
Моноокись кремния SiO образуется, в основном, в результате химической реакции между расплавленным кремнием и кварцевым тиглем:Silicon monoxide SiO is formed mainly as a result of a chemical reaction between molten silicon and a quartz crucible:
Si+SiO2⇔ 2SiO.Si + SiO 2 ⇔ 2SiO.
Отходящая от расплава парогазовая смесь направляется через нижнюю часть камеры, в которой расположены нагреватель и теплоизоляция, для эвакуации. При этом моноокись кремния разрушает элементы теплового узла, в том числе графитовый нагреватель. В результате химической реакции между моноокисью кремния SiO и элементами оснастки печи образуется моноокись углерода СO, карбид кремния SiC и свободный кремний Si:The vapor-gas mixture leaving the melt is sent through the lower part of the chamber, in which the heater and thermal insulation are located, for evacuation. In this case, silicon monoxide destroys the elements of the thermal unit, including a graphite heater. As a result of a chemical reaction between silicon monoxide SiO and furnace accessories, carbon monoxide CO, silicon carbide SiC and free silicon Si are formed:
2C+SiO⇔ SiC+СО,2C + SiO⇔ SiC + СО,
C+SiO⇔ Si+CO.C + SiO⇔ Si + CO.
Свободный кремний Si впитывается в графит и разрушает его, а газообразная окись углерода термоконвективными потоками переносится в область кристаллизации и загрязняет расплав кремния углеродом, что приводит к срыву роста бездислокационного монокристалла. Моноокись углерода СO образуется также в результате химической реакции между кислородом, попадающим внутрь камеры через уплотнения, и элементами оснастки печи:Free silicon Si is absorbed into graphite and destroys it, and gaseous carbon monoxide is transferred into the crystallization region by thermal convective flows and pollutes the silicon melt with carbon, which leads to a disruption in the growth of a dislocation-free single crystal. Carbon monoxide CO is also formed as a result of a chemical reaction between oxygen entering the chamber through seals and furnace accessories:
2С+O2⇔ 2СО.2C + O 2 ⇔ 2CO.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство для выращивания монокристалла 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 (см. патент РФ №2102539, оп. 20.01.1998. Бюл. №2, МПК7 С 30 В 15/14, 15/00). Отверстия для эвакуации газового потока выполнены в нижней части камеры, ниже элементов теплового узла. Отходящая от расплава парогазовая смесь направляется через горячие (800-1500° С) элементы теплового узла в нижнюю часть камеры для эвакуации. При этом агрессивные парогазовые потоки разрушают нагреватель и другие графитовые элементы и приводят к загрязнению атмосферы камеры устройства для выращивания. После проведения процесса проводится чистка установки, а перед проведением процесса выращивания - дегазация элементов теплового узла.The closest in technical essence to the claimed is a device for growing a silicon single crystal from a melt, containing a chamber with holes for evacuating the gas stream, in which the crucible for the melt, located in the stand on the rod, the upper gas guide screen forming the gas stream above the melt, and a heater are placed (see RF patent No. 2102539, op. 20.01.1998. Bull. No. 2, IPC 7 30 V 15/14, 15/00). Holes for evacuating the gas stream are made in the lower part of the chamber, below the elements of the thermal unit. The vapor-gas mixture leaving the melt is directed through the hot (800-1500 ° С) elements of the heat unit to the lower part of the evacuation chamber. In this case, aggressive combined-gas flows destroy the heater and other graphite elements and lead to pollution of the atmosphere of the chamber of the device for growing. After the process, the installation is cleaned, and before the cultivation process, the degassing of the elements of the thermal unit is carried out.
Недостатком данного устройства является следующее: контакт моноокиси кремния и других агрессивных компонентов отходящей парогазовой смеси с элементами теплового узла (нагреватель, экраны, теплоизоляция), а также с защитным поддоном приводит к их разрушению, к необходимости разборки теплового узла для очистки после каждой плавки, к значительным затратам на дегазацию графитовых элементов после длительного контакта с атмосферой при замене элементов и их обслуживании. В результате имеют место длительные технологические простои устройства, значительные затраты на замену графитовых элементов теплового узла, на чистку камеры установки, на проведение подготовительных мероприятий перед проведением процесса выращивания.The disadvantage of this device is the following: contact of silicon monoxide and other aggressive components of the exhaust gas mixture with the elements of the thermal unit (heater, screens, thermal insulation), as well as with a protective tray, leads to their destruction, to the need to disassemble the thermal unit for cleaning after each melting, to significant costs for the degassing of graphite elements after prolonged contact with the atmosphere during the replacement of elements and their maintenance. As a result, there are long technological downtimes of the device, significant costs for replacing the graphite elements of the heat unit, for cleaning the installation chamber, for conducting preparatory measures before carrying out the growing process.
Перед авторами стояла задача снизить затраты на обслуживание и ремонт устройства, повысить его производительность и уменьшить себестоимость выращивания монокристаллов кремния за счет уменьшения и локализации агрессивных парогазовых потоков SiOx и Cox и исключения их воздействия на элементы теплового узла, устранения дополнительного загрязнения атмосферы камеры продуктами взаимодействия парогазовой смеси с элементами теплового узла, а также за счет повышения срока службы теплового узла.The authors were faced with the task of reducing the cost of servicing and repairing the device, increasing its productivity and reducing the cost of growing silicon single crystals by reducing and localizing aggressive vapor-gas flows of SiO x and Co x and eliminating their impact on the elements of the thermal unit, eliminating additional pollution of the chamber atmosphere with interaction products gas-vapor mixture with elements of the thermal unit, as well as by increasing the service life of the thermal unit.
Поставленная задача достигается тем, что устройство для выращивания монокристалла 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, снабжено нижним газонаправляющим кольцевым экраном с центральным отверстием для перемещения подставки, установленным над нагревателем, отверстия для эвакуации газового потока выполнены в камере между верхним и нижним газонаправляющими экранами, а пространство между корпусом, нижним газонаправляющим кольцевым экраном, нагревателем и штоком заполнено засыпкой.This object is achieved in that the device for growing a silicon single crystal from a melt, containing a chamber with holes for evacuating the gas stream, in which the crucible for the melt located in the stand on the rod, the upper gas guide screen forming the gas stream above the melt, and a heater are provided lower gas guide ring screen with a central hole for moving the stand mounted above the heater, holes for evacuating the gas stream are made in the chamber between the upper m and the lower gas guide screens, and the space between the body, the lower gas guide ring screen, the heater and the rod is filled with backfill.
В качестве материала засыпки может быть использован карбид кремния.Silicon carbide may be used as the backfill material.
В случае выполнения нагревателя секционным, засыпка может быть зафиксирована между секциями нагревателя при помощи уплотняющих вставок.If the heater is made sectional, the backfill can be fixed between the heater sections using sealing inserts.
Вокруг штока засыпка может быть зафиксирована при помощи уплотняющего кольца.Around the rod, the backfill can be fixed with a sealing ring.
В качестве материала уплотняющих вставок может быть использован графитовый войлок.As the material of the sealing inserts, graphite felt can be used.
Изменение конструкции теплового узла путем снабжения устройства нижним газонаправляющим кольцевым экраном с центральным отверстием для перемещения подставки и его расположения сверху нагревателя, а также выполнение отверстий для эвакуации газового потока между верхним и нижним газонаправляющими экранами создают в процессе выращивания монокристалла такое направление движения агрессивных парогазовых потоков, при котором исключается их доступ в нижнюю часть теплового узла.Changing the design of the heating unit by supplying the device with a lower gas guide ring screen with a central hole for moving the stand and its location on top of the heater, as well as making holes for evacuating the gas flow between the upper and lower gas guide screens, create such a direction of movement of aggressive vapor-gas flows during the growth of a single crystal when which excludes their access to the lower part of the thermal unit.
Заполнение пространства между корпусом, нижним газонаправляющим кольцевым экраном, нагревателем и штоком засыпкой устраняет наличие паразитных пустот внутри камеры устройства. При этом значительно снижается интенсивность конвективных газовых потоков от высокотемпературных элементов устройства, загрязненных моноокисью углерода, уменьшается контакт моноокиси кремния с поверхностями графитовых деталей с последующим образованием свободного кремния. За счет этого повышается срок службы элементов теплового узла. Отпадает необходимость чистки камеры после проведения процесса выращивания. Кроме того, заполнение пространства теплового узла засыпкой значительно уменьшает потери тепла через водоохлаждаемые стенки камеры. Требуемый для проведения процесса выращивания монокристалла расход электроэнергии снижается более чем на 15%. Дополнительным преимуществом заполнения засыпкой пространства вокруг нагревателя является пассивная защита камеры устройства от возможного (в случае аварии) попадания расплавленного кремния на металлические водоохлаждаемые части установки. При этом сокращается время восстановительного ремонта устройства, а сами последствия возможной аварии не носят разрушительного характера.Filling the space between the housing, the lower gas guide ring screen, the heater and the rod backfill eliminates the presence of spurious voids inside the device chamber. In this case, the intensity of convective gas flows from high-temperature device elements contaminated with carbon monoxide is significantly reduced, and the contact of silicon monoxide with the surfaces of graphite parts with the subsequent formation of free silicon is reduced. Due to this, the service life of the elements of the thermal unit is increased. There is no need to clean the chamber after the growing process. In addition, filling the space of the thermal assembly with backfill significantly reduces heat loss through the water-cooled walls of the chamber. The energy consumption required for the process of growing a single crystal is reduced by more than 15%. An additional advantage of filling the space around the heater with backfill is the passive protection of the device chamber from the possible (in the event of an accident) ingress of molten silicon onto metal water-cooled parts of the installation. This reduces the time of restoration repair of the device, and the consequences of a possible accident are not destructive.
В предложенном устройстве вместо графитовых компонентов теплового узла в качестве засыпки может использоваться карбид кремния в виде сыпучего материала. Карбид кремния является материалом, совместимым со всеми материалами технологического процесса выращивания монокристаллов кремния методом Чохральского. Кроме того, карбид кремния допускает хорошую очистку от примесей, содержит углерод, преимущественно, в связанном состоянии, имеет высокую температуру плавления и является коррозионно-стойким материалом, в том числе по отношению к расплавленному кремнию.In the proposed device, instead of the graphite components of the thermal unit, silicon carbide in the form of bulk material can be used as a backfill. Silicon carbide is a material compatible with all materials of the technological process of growing silicon single crystals by the Czochralski method. In addition, silicon carbide allows good cleaning of impurities, contains carbon, mainly in the bound state, has a high melting point and is a corrosion-resistant material, including with respect to molten silicon.
Использование секционного нагревателя является более предпочтительным, прежде всего, из-за его лучшей ремонтопригодности и, как следствие, большего срока службы. В этом случае засыпка может быть зафиксирована между секциями нагревателя при помощи уплотняющих вставок, например, из графитового войлока. Вокруг штока засыпка может быть зафиксирована при помощи уплотняющего кольца. Уплотняющие вставки и кольцо необходимы для фиксации засыпки в пространстве, образованном корпусом, нижним газонаправляющим кольцевым экраном, нагревателем и штоком. Причем после первого процесса выращивания монокристалла засыпка в виде карбида кремния несколько осаживается и приобретает устойчивую форму, которая сохраняется в последующих процессах выращивания.The use of a sectional heater is preferable, first of all, because of its better maintainability and, as a result, longer service life. In this case, the backfill can be fixed between the heater sections using sealing inserts, for example, from graphite felt. Around the stem, the backfill can be fixed with a sealing ring. Sealing inserts and a ring are necessary for fixing the backfill in the space formed by the housing, the lower gas guide ring screen, the heater and the stem. Moreover, after the first process of growing a single crystal, the backfill in the form of silicon carbide precipitates somewhat and acquires a stable form, which is retained in subsequent growth processes.
Использование графитового войлока в качестве материала уплотняющих вставок целесообразно по двум причинам. Во-первых, этот материал совместим с материалами технологического процесса выращивания, и, во-вторых, графитовый войлок характеризуется достаточным электрическим сопротивлением для сохранения направления тока вдоль секций нагревателя, что обеспечивает его необходимую электрическую мощность для проведения процесса выращивания.The use of graphite felt as the material of the sealing inserts is advisable for two reasons. Firstly, this material is compatible with the materials of the technological process of growing, and secondly, graphite felt is characterized by sufficient electrical resistance to maintain the direction of the current along the heater sections, which provides its necessary electric power for carrying out the growing process.
В предложенном устройстве исключается необходимость разборки, чистки, сборки теплового узла после каждого процесса выращивания. Это значительно сокращает технологический простой устройства между процессами, а именно не требуется выдерживать устройство для снижения температуры элементов, не требуется проводить дегазацию высокотемпературных элементов после их остывания до начала процесса. В среднем технологический простой устройства сокращается по времени более чем на 5-6 часов при средней длительности самого процесса до 30-35 часов. В предложенном устройстве разборка и чистка теплового узла проводится в среднем через 10 процессов, в то время как для устройства, принятого за прототип, необходимость разборки теплового узла существует после каждого процесса выращивания монокристалла.The proposed device eliminates the need for disassembly, cleaning, assembly of the heat unit after each growing process. This significantly reduces the technological downtime of the device between the processes, namely, it is not necessary to withstand the device to lower the temperature of the elements, it is not necessary to degass high-temperature elements after they cool down before the process begins. On average, the technological downtime of the device is reduced in time by more than 5-6 hours with an average duration of the process itself up to 30-35 hours. In the proposed device, disassembly and cleaning of the heat unit is carried out on average after 10 processes, while for the device adopted as a prototype, the need to disassemble the heat unit exists after each process of growing a single crystal.
В предложенном устройстве лучше сохраняется от разрушения графитовая основа нагревателя за счет значительного снижения химического воздействия моноокиси кремния на графит при высокой температуре. В среднем экономия от уменьшения расхода графитовых элементов составляет при этом 30%.In the proposed device, the graphite base of the heater is better preserved from destruction by significantly reducing the chemical effect of silicon monoxide on graphite at high temperature. On average, the savings from reducing the consumption of graphite elements is 30%.
Локализация в предложенном устройстве агрессивного парогазового потока и существенное снижение количества образующихся в пространстве теплового узла вредных для процесса выращивания примесей за счет предложенной совокупности отличительных признаков позволяет устранить источник дополнительного загрязнения атмосферы камеры продуктами взаимодействия парогазовой смеси с элементами теплового узла и получить значительный экономический эффект.Localization in the proposed device of an aggressive steam-gas flow and a significant reduction in the amount of impurities that are harmful to the process of growing the impurities in the space of the heat assembly due to the proposed combination of distinctive features can eliminate the source of additional pollution of the chamber atmosphere by the products of the interaction of the gas-vapor mixture with the elements of the heat assembly and obtain a significant economic effect.
Указанная совокупность отличительных признаков свидетельствует о соответствии заявляемого технического решения критерию “новизна”.The specified set of distinctive features indicates the conformity of the claimed technical solution to the criterion of "novelty."
Все перечисленные преимущества предложенного устройства характеризуются следующими технико-экономическими результатами:All of the listed advantages of the proposed device are characterized by the following technical and economic results:
- уменьшается расход графитовой оснастки на 30%;- reduced consumption of graphite equipment by 30%;
- уменьшается расход электрической энергии на 15%;- reduced electrical energy consumption by 15%;
- значительно уменьшается объем работ, улучшаются условия труда обслуживающего персонала, практически исключены опасные операции по обслуживанию устройства.- the volume of work is significantly reduced, working conditions for maintenance personnel are improved, and dangerous operations for servicing the device are practically excluded.
Таким образом, реализация предложенного устройства позволяет повысить срок службы теплового узла, снизить затраты на его обслуживание, исключить дополнительное загрязнение атмосферы камеры продуктами взаимодействия парогазовой смеси с элементами теплового узла.Thus, the implementation of the proposed device allows to increase the service life of the thermal unit, reduce the cost of its maintenance, to eliminate additional pollution of the atmosphere of the chamber by the products of the interaction of the vapor-gas mixture with elements of the thermal unit.
Положительный эффект от реализации заявляемого устройства не вытекает явным образом из указанной совокупности существенных признаков, что свидетельствует о соответствии заявляемого технического решения критерию “изобретательский уровень”.The positive effect of the implementation of the claimed device does not follow explicitly from the specified combination of essential features, which indicates the compliance of the claimed technical solution with the criterion of "inventive step".
Предложенное устройство для выращивания монокристалла кремния из расплава поясняется чертежом, на котором схематично представлены общий вид камеры для выращивания и часть элементов устройства, необходимых для раскрытия сущности предложенного изобретения.The proposed device for growing a silicon single crystal from a melt is illustrated in the drawing, which schematically shows a General view of the chamber for growing and part of the elements of the device necessary to disclose the essence of the proposed invention.
Устройство для выращивания монокристалла кремния из расплава содержит камеру 1 с отверстиями 2 для эвакуации газового потока, в которой размещены тигель 3 для расплава, расположенный в подставке 4 на штоке, верхний газонаправляющий экран 5 (например, выполненный составным, как показано на чертеже), формирующий газовый поток над расплавом, и нагреватель 6. Устройство снабжено нижним газонаправляющим кольцевым экраном 7 с центральным отверстием для перемещения подставки 4, установленным сверху нагревателя 6. Отверстия 2 для эвакуации газового потока выполнены в корпусе камеры 1 между верхним 5 и нижним 7 газонаправляющими экранами. Пространство между корпусом 1, нижним газонаправляющим кольцевым экраном 7, нагревателем 6 и штоком заполнено засыпкой 8, например, из карбида кремния. Нагреватель 6 может быть выполнен секционным и засыпка 8 зафиксирована между секциями нагревателя при помощи уплотняющих вставок (не показаны), например, из графитового войлока. Вокруг штока подставки 4 засыпка 8 может быть зафиксирована при помощи уплотняющего кольца 9. Подаваемый газовый поток аргона изображен на чертеже сплошными стрелками 10. Образующийся в процессе роста монокристалла 11 парогазовый поток изображен на чертеже прерывистыми стрелками 12.A device for growing a silicon single crystal from a melt comprises a chamber 1 with openings 2 for evacuating the gas stream, in which a melt crucible 3 is located, located in the stand 4 on the rod, an upper gas guide screen 5 (for example, made integral, as shown in the drawing), forming gas flow above the melt, and heater 6. The device is equipped with a lower gas guide annular screen 7 with a central hole for moving the stand 4 mounted on top of the heater 6. Holes 2 for evacuating the gas the flow is made in the housing of the chamber 1 between the upper 5 and lower 7 gas guide screens. The space between the housing 1, the lower gas guide ring screen 7, the heater 6 and the rod is filled with a backfill 8, for example, of silicon carbide. The heater 6 can be made sectional and the filling 8 is fixed between the heater sections using sealing inserts (not shown), for example, from graphite felt. Around the stem of the stand 4, the backfill 8 can be fixed with a sealing ring 9. The supplied argon gas flow is shown in the drawing by solid arrows 10. The vapor-gas flow formed during the growth of the single crystal 11 is shown in the drawing by intermittent arrows 12.
Предложенное устройство может быть выполнено следующим образом.The proposed device can be performed as follows.
На стадии подготовки устройства для выращивания монокристалла кремния из расплава в камере 1 размещены кварцевый тигель 3 диаметром 356 мм, расположенный в графитовой подставке 4 с внешним диаметром 370 мм, зафиксированной на штоке, верхний газонаправляющий экран 5 и нагреватель 6, выполненный из плоских графитовых пластин (секционный нагреватель), установленных вертикально по периметру правильного многоугольника. Каждая пластина имеет прорези, образующие токоведущие ветви. Пластины нагревателя 6 соединены между собой и с токовводами графитовыми винтами и сегментами.At the stage of preparation of the device for growing a silicon single crystal from a melt, a quartz crucible 3 with a diameter of 356 mm placed in a graphite support 4 with an external diameter of 370 mm fixed on the rod, an upper gas guide screen 5 and a heater 6 made of flat graphite plates ( sectional heater) mounted vertically around the perimeter of a regular polygon. Each plate has slots forming current-carrying branches. Heater plates 6 are interconnected and with current leads by graphite screws and segments.
Между секциями нагревателя 6 вставлены уплотняющие вставки из графитового войлока. На штоке подставки 4 установлено уплотняющее кольцо 9. Уплотняющие вставки и уплотняющее кольцо 9 использованы для фиксации засыпки.Between the heater sections 6, sealing inserts of graphite felt are inserted. A sealing ring 9 is installed on the stem of the stand 4. The sealing inserts and the sealing ring 9 are used to fix the backfill.
Пространство между корпусом 1, нагревателем 6 с уплотняющими вставками и штоком с уплотняющим кольцом 9 заполняется засыпкой 8 до верхней кромки нагревателя 6. В качестве материала засыпки 8 использован карбид кремния.The space between the housing 1, the heater 6 with sealing inserts and the rod with the sealing ring 9 is filled with backfill 8 to the upper edge of the heater 6. As the backfill material 8, silicon carbide is used.
Устройство снабжается нижним газонаправляющим кольцевым экраном 7 с центральным отверстием диаметром 390 мм для вертикального перемещения подставки 4 с кварцевым тиглем 3. Нижний газонаправляющий кольцевой экран 7 установлен над нагревателем 6.The device is equipped with a lower gas guide ring screen 7 with a central hole with a diameter of 390 mm for vertical movement of the stand 4 with a quartz crucible 3. The lower gas guide ring screen 7 is mounted above the heater 6.
Отверстия 2 для эвакуации газового потока выполнены в корпусе камеры 1 между верхним 5 и нижним 7 газонаправляющими экранами.Holes 2 for evacuating the gas stream are made in the housing of the chamber 1 between the upper 5 and lower 7 gas guide screens.
В процессе выращивания монокристалла 11 подаваемый поток аргона 10 формируется над расплавом с помощью верхнего газонаправляющего экрана 5, захватывает парогазовую смесь 12 из области кристаллизации расплава и свободного пространства вокруг подставки 4 и уносит ее к отверстиям 2 для эвакуации.In the process of growing a single crystal 11, the feed stream of argon 10 is formed above the melt using the upper gas guide screen 5, captures the vapor-gas mixture 12 from the crystallization region of the melt and the free space around the stand 4 and carries it to the holes 2 for evacuation.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Кварцевый тигель 3, загруженный поликристаллическим кремнием (масса загрузки 40 кг) с лигатурой, размещают в подставке 4 на штоке в тепловом узле, включающем также нагреватель 6, засыпку 8, верхний 5 и нижний 7 газонаправляющие экраны. После герметизации и вакуумирования камеры начинают подачу в устройство инертного газа 10 (аргона) с расходом 20 л/мин. Поток подаваемого газа формируют с помощью верхнего газонаправляющего экрана 5, а эвакуацию отходящей агрессивной парогазовой смеси 12 из камеры осуществляют через отверстия 2, выполненные в корпусе между верхним 5 и нижним 7 газонаправляющими экранами. Нагревают тепловой узел до образования расплава кремния в кварцевом тигле 3, проводят стабилизацию температуры расплава, осуществляют затравление и начинают процесс выращивания монокристалла 11.A quartz crucible 3 loaded with polycrystalline silicon (load weight 40 kg) with a ligature is placed in a stand 4 on a rod in a thermal unit, which also includes a heater 6, a backfill 8, top 5 and bottom 7 gas guide screens. After sealing and evacuation of the chamber, the inert gas 10 (argon) is supplied to the device with a flow rate of 20 l / min. The flow of the supplied gas is formed using the upper gas guide screen 5, and the evacuation of the outgoing aggressive steam-gas mixture 12 from the chamber is carried out through openings 2 made in the housing between the upper 5 and lower 7 gas guide screens. The thermal assembly is heated until a silicon melt is formed in the quartz crucible 3, stabilization of the melt temperature is carried out, seeding is carried out, and the process of growing the single crystal 11 is started.
Мощность нагревателя 6 устанавливают на 15% ниже по сравнению с устройством, принятым за прототип.The power of the heater 6 is set 15% lower compared with the device adopted for the prototype.
В результате осуществления процесса получают бездислокационный монокристалл кремния со средним диаметром 152,5 мм и длиной цилиндрической части до 800 мм.As a result of the process, a dislocation-free silicon single crystal is obtained with an average diameter of 152.5 mm and a length of a cylindrical part of up to 800 mm.
После остывания теплового узла устройство вскрывают, извлекают монокристалл и тигель с остатками расплава из камеры, в горячую зону помещают новый кварцевый тигель с загрузкой и повторяют процесс.After cooling of the thermal unit, the device is opened, a single crystal and a crucible with the remains of the melt are removed from the chamber, a new quartz crucible with loading is placed in the hot zone and the process is repeated.
Чистку теплового узла камеры проводят в среднем через 10 процессов выращивания.Cleaning the thermal unit of the chamber is carried out on average after 10 growing processes.
Все перечисленные работы дали следующие экономические результаты:All of the listed works yielded the following economic results:
- уменьшается расход графитовой оснастки на 30%;- reduced consumption of graphite equipment by 30%;
- уменьшается расход электрической энергии на 15%;- reduced electrical energy consumption by 15%;
- значительно сокращен объем работ по перегрузке устройства и облегчен труд персонала, практически исключены вредные и опасные вспомогательные операции;- significantly reduced the amount of work on overloading the device and facilitated the work of personnel, harmful and dangerous auxiliary operations are virtually eliminated;
- за счет сокращения технологических потерь, времени перегрузки и обслуживания устройства и уменьшения затрат на расходные материалы себестоимость продукции снижена на 10%.- due to the reduction of technological losses, the time of overloading and servicing the device and reducing the cost of consumables, the cost of production is reduced by 10%.
Таким образом, предложенное устройство позволяет значительно повысить производительность устройства для выращивания и снизить себестоимость монокристаллов кремния, а также продлить срок службы теплового узла, уменьшить затраты на его обслуживание и ремонт. 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 device can significantly increase the productivity of the device for growing and reduce the cost of silicon single crystals, as well as extend the life of the thermal unit, reduce the cost of its maintenance and repair. 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 (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003117511/15A RU2241079C1 (en) | 2003-06-17 | 2003-06-17 | Device for growing silicon mono-crystal from melt |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003117511/15A RU2241079C1 (en) | 2003-06-17 | 2003-06-17 | Device for growing silicon mono-crystal from melt |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2241079C1 true RU2241079C1 (en) | 2004-11-27 |
| RU2003117511A RU2003117511A (en) | 2004-12-27 |
Family
ID=34310985
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003117511/15A RU2241079C1 (en) | 2003-06-17 | 2003-06-17 | Device for growing silicon mono-crystal from melt |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2241079C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2472875C1 (en) * | 2011-08-24 | 2013-01-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Макси-М" | Method for growing silicon monocrystal from molten metal |
| RU2663130C1 (en) * | 2018-02-12 | 2018-08-01 | Акционерное общество "Управляющая компания "АКЦЕНТ" | Method for growing silicon monocrystal from melt |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1231360A1 (en) * | 1984-08-31 | 1986-05-15 | Предприятие П/Я М-5409 | Electric graphitizing furnace |
| RU2102539C1 (en) * | 1994-12-01 | 1998-01-20 | Вакер Зильтроник Гезельшафт фюр Хальбляйтерматериалиен АГ | Device and method for growing monocrystal |
-
2003
- 2003-06-17 RU RU2003117511/15A patent/RU2241079C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1231360A1 (en) * | 1984-08-31 | 1986-05-15 | Предприятие П/Я М-5409 | Electric graphitizing furnace |
| RU2102539C1 (en) * | 1994-12-01 | 1998-01-20 | Вакер Зильтроник Гезельшафт фюр Хальбляйтерматериалиен АГ | Device and method for growing monocrystal |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2472875C1 (en) * | 2011-08-24 | 2013-01-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Макси-М" | Method for growing silicon monocrystal from molten metal |
| RU2663130C1 (en) * | 2018-02-12 | 2018-08-01 | Акционерное общество "Управляющая компания "АКЦЕНТ" | Method for growing silicon monocrystal from melt |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102159754B (en) | Directional solidification furnace for reducing melt contamination and reducing wafer contamination | |
| US9618267B2 (en) | Graphitization furnace and method for producing graphite | |
| EP1094039B1 (en) | Method for manufacturing quartz glass crucible | |
| CN100347083C (en) | Silicon manufacturing apparatus | |
| CN1699161A (en) | Polysilicon production equipment | |
| CN105887186B (en) | Silicon single crystal pulling apparatus and growth method | |
| CN103620094A (en) | Apparatus and method for producing SiC single crystal | |
| KR101300309B1 (en) | A melter assembly and method for charging a crystal forming apparatus with molten source material | |
| KR20110003322A (en) | Single crystal production device and single crystal production method | |
| JP3671562B2 (en) | Single crystal manufacturing apparatus and manufacturing method | |
| JPH1081596A (en) | Production of single crystal and apparatus therefor | |
| RU2241079C1 (en) | Device for growing silicon mono-crystal from melt | |
| JP6675197B2 (en) | Silicon carbide single crystal manufacturing equipment | |
| KR20150123806A (en) | Method for producing silicon carbide and silicon carbide | |
| JP2005053722A (en) | Single crystal production apparatus and single crystal production method | |
| US6246029B1 (en) | High temperature semiconductor crystal growing furnace component cleaning method | |
| RU33581U1 (en) | Device for growing a silicon single crystal from a melt | |
| JP2008007354A (en) | Sapphire single crystal growth method | |
| JP3832536B2 (en) | Method for producing silicon single crystal and pulling machine | |
| JP5377692B2 (en) | Silicon processing apparatus and method of using the same | |
| KR200446667Y1 (en) | Silicon Ingot Manufacturing Equipment for Cell | |
| KR101111681B1 (en) | Monocrystalline Silicon Ingot Manufacturing Equipment | |
| JP3770566B2 (en) | Method for producing cylindrical quartz glass | |
| JP3189037B2 (en) | Carbon saucer for silicon single crystal puller | |
| RU2472875C1 (en) | Method for growing silicon monocrystal from molten metal |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC4A | Invention patent assignment |
Effective date: 20051005 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060618 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20070710 |
|
| PC4A | Invention patent assignment |
Effective date: 20080403 |
|
| HK4A | Changes in a published invention | ||
| PC4A | Invention patent assignment |
Effective date: 20100928 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200618 |