УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛА КРЕМНИЯ ИЗ РАСПЛАВА

Полезная модель относится к области получения монокристаллов полупроводниковых материалов и может быть использована при выращивании кремния методом Чохральского.
Известно устройство для выращивания монокристалла кремния из расплава, содержащее камеру с отверстиями для вытягивания кристалла, а также подачи и удаления газа, в которой размещены тигель с расплавом кремния на подставке, установленный на штоке, и нагреватель, причем объем между нагревателем и камерой засыпан крупкой карбида кремния (см. патент РФ №2241079, МПК 7 С30В 15/00, 15/14, 29/06).
Недостатком данного устройства является необходимость полной разборки теплового узла установки для чистки или замены вышедшей из строя детали, что повышает трудоемкость ремонта. Кроме того, внутренняя поверхность камеры является недоступной для осмотров, что снижает безопасность ведения процессов.
В качестве прототипа выбрано устройство для выращивания монокристалла кремния из расплава (Технологическая карта №7-10-2004 «Выращивание слитков кремния и меди методом Чохральского на установках типа "Редмет"». Лист 25). Устройство содержит камеру с отверстием для вытягивания кристалла, а также отверстиями для подачи и удаления газа. В камере на подставке размещен тигель с расплавом кремния, установленный на штоке внутри нагревателя. Нагреватель, закрытый верхними экранами и боковым экраном, изготовленным из графита и обмотанным слоями графитовой ткани ТМП-5, является тепловым узлом устройства. Данная конструкция теплового узла обеспечивает необходимые тепловые условия для роста монокристалла кремния.
К недостаткам прототипа относится то, что под воздействием высоких температур, а также паров кремния и моноокиси кремния происходит постепенное разрушение внутренней поверхности графита бокового экрана, после чего появляются продольные трещины по всему объему экрана и, как следствие, резко ухудшаются его теплоизолирующие свойства. Кроме того форма экрана становится отличной от цилиндрической, что приводит к нарушению тепловых условий выращивания монокристалла. В силу этого становится необходимой замена деталей теплового узла, в том числе и бокового экрана раз в 4-6 месяцев на новые, хотя, например, графитовая ткань ТМП-5 может служить в 2 раза дольше. Необходимо отметить и недостаточную тепловую эффективность теплоизоляции из-за хорошей теплопроводности графита, что приводит к излишнему расходу электроэнергии.
Задача полезной модели - увеличение срока службы теплового узла и улучшение его теплоизоляционных свойств.
Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для выращивания монокристалла кремния из расплава, содержащем камеру с отверстиями для: вытягивания кристалла, подачи и удаления газа, в которой на подставке, установленной на штоке, размещен тигель с расплавом кремния и нагреватель, закрытый верхним экраном и окруженный боковым экраном, согласно полезной модели, боковой экран выполнен составным из установленных на опорном графитовом кольце внутреннего и внешнего экранов, пространство между которыми заполнено материалом, имеющим коэффициент теплопроводности более низкий, чем у графита, например карбидом кремния, а по наружному периметру внешнего экрана и опорного кольца выполнена обмотка из слоев графитовой ткани.
Внутренний и внешний экраны выполнены из графита или графит-графитного композита.
Полезная модель поясняется чертежом.
На фиг. представлено устройство для выращивания монокристаллов кремния из расплава.
Устройство для выращивания монокристалла кремния из расплава содержит камеру 1 с отверстиями для вытягивания кристалла, а также подачи и удаления газа, в которой в подставке 2, установленной на штоке 3, размещен тигель 4 с расплавом кремния, и нагреватель 5, закрытый сверху экранами 6 и окруженный боковым экраном. Боковой экран собран из внутреннего экрана 7 и внешнего экрана 8, установленных на опорном кольце 9 из графита. Экраны 7 и 8 изготовлены из графита или графит-графитного композита. Пространство между экранами заполнено материалом, имеющим коэффициент теплопроводности более низкий, чем у графита, например, карбидом кремния 10. Внешний экран 8 вместе с опорным кольцом обмотан по наружному периметру слоями 11 графитовой ткани ТМП-5 с фиксацией штифтами 12 из молибдена.
При необходимости замены любой детали бокового экрана, он в сборе извлекается из установки, из него удаляется засыпка, а затем удаляется поврежденный экран (чаще внутренний) и устанавливается новый с повторным использованием работоспособных деталей экрана.
В устройстве для выращивания монокристалла кремния с составным боковым экраном расход электроэнергии снижается на 10-15% за счет уменьшения тепловых потерь вследствие применения материала, заполняющего пространство между графитовыми поверхностями с более низким коэффициентом теплопроводности, чем у графита, а именно засыпки из карбида кремния.
Возможность замены деталей разборного бокового экрана по частям снижает в итоге расход теплоизоляционных материалов на 10-20% в год и уменьшает простои оборудования на 5-10%. Кроме того открыт свободный доступ к внутренней поверхности камеры установки, что повышает безопасность ведения процесса.