Технология полупроводникового кремния - Фалькевич Э.С.
ISBN 5-229-00740-0
Скачать (прямая ссылка):
В ходе плавки мощность может меняться из-за колебаний в питающей генератор электрической сети и изменений характеристик элементов схемы генератора. Колебания мощности приводят к возмущающим воздействиям на зону расплава и, как следствие, на параметры выращиваемого кристалла. Для исключения колебаний мощности применяют стабилизацию питающего генератор напряжения электрической сети и напряжения на индукторе.
Такое же возмущающее действие на зону расплава оказывает и изменение скорости выращивания и вращения держателей-кристалла. При этом изменяются высота и форма зоны расплава, форма фронта кристаллизации и плавления, потоки в зоне расплава. Промышленные
305
установки для выращивания монокристаллов оборудованы специальными стабилизирующими устройствами, обеспечивающими колебания указанных параметров < 0,5 % от заданной величины.
Одним из важным параметров плавки является автоматическое поддержание в процессе выращивания постоянного диаметра кристалла. Это позволяет увеличить производительность труда аппаратчика (оператора) за счет увеличения количества обслуживающих установок, стабилизировать условия кристаллизации и снизить количество отходов при обработке монокристалла. Для контроля и стабилизации диаметра выращиваемого кристалла в настоящее время разработано достаточно много устройств [231]. Принцип работы этих устройств основан на прямом измерении величины диаметра с помощью оптических систем или косвенном измерении частоты и напряжения высокочастотного контура генератора. При отклонении измеряемых характерных величин в устройстве вырабатывается соответствующий сигнал, который подается на блоки управления приводами установки или генератора. Для обеспечения надежности система управления в современных установках снабжается электронно-вычислительными комплексами, с помощью которых программируется процесс плавки.
Используемые в настоящее время установки имеют принципиально различные схемы: с Подвижным и стационарным индукторами (рис. 139). При стационарном индукторе верхний и нижний штоки возвратно-поступательно перемещаются для продвижения слитка относительно индуктора. Для оперативного управления процессом плавки индуктор может смещаться в горизонтальной плоскости.
При использовании схемы С ПОДВИЖНЫМ индуктором один ШТОК (обычно нижний) остается неподвижным, а верхний имеет небольшое осевое перемещение для возможности регулирования параметров зоны расплава. В этой схеме индуктор также может смещаться в горизонтальной плоскости.
В обеих описанных схемах применяется боковое параллельное смещение одного из штоков (обычно верхнего).
Применение схемы с подвижным индуктором позволяет создать установку небольшой высоты и свести к минимуму влияние приводов на поведение зоны расплава. Однако при увеличении диаметра кристалла в такой схеме возрастают энергетические потери в длинном токо-подводе и к.п.д. генератора резко снижается. Поэтому для выращивания кристаллов больших диаметров применяются установки с неподвижным индуктором. Возрастание при этом материалоемкости установки за счет увеличения ее высоты в 1,7 раза компенсируется повышением к.п.д. высокочастотного генератора. Общая высота установки H с неподвижным индуктором составляет: H 3* 2(1 + ft) + 2(1 + b), где / -длина выращиваемого или переплавляемого кристалла, см; h - высота
306
Рис. 139. Установка для выращивания монокристалла с подвижным (а) и неподвижным (б) индукторами:
1, 5 — верхний н нижний штокн соответственно; 2 — кристалл; 3 — индуктор; 4 — фидер
держателей кристалла, см; Ъ - высота вакуумных уплотнений штоков, CM.
При выращивании монокристаллов больших диаметра и длины возникает проблема механической устойчивости кристалла на тонкой затравке. При массе кристаллов > 4 кг необходимо применять специальное устройство, поддерживающее выращиваемый кристалл. По выращивании кристалла определенной длины это устройство поднимается вдоль кристалла и своими отдельными элементами фиксирует его в вертикальном положении (рис. 140)1. Применение таких устройств позволяет получить кристаллы практически любой массы.
Учитывая основное назначение процесса бестигельной зонной плавки, к выбору материала для изготовления камеры, штоков и другой оснастки, находящейся в камере, предъявляют особые требования: низкая упругость собственных паров при температуре процесса, высокая коррозионная стойкость и отсутствие ферромагнитных свойств. Кроме этого, материал камеры должен выдерживать многократные знакопеременные температурные и механические нагрузки. Это объясняется тем, что плавка проводится при ~ 1700 К. Предварительно камера перед плавкой и после нее вакуумируется и заполняется инертным газом до избыточного давления.
Так как источником нагрева кремния является электромагнитное
1 Пат. 235678 ГДР. 1986. 30?
Рис. 140. Устройство для поддержки выращиваемого монокристалла:
1 — выращиваемый кристалл; 2 — поддерживающие упоры; 3 — несущая колонна; 4 — держатель заготовки
излучение, применение ферромагнитных материалов должно быть исключено, поскольку они нагреваются сами и загрязняют атмосферу выращивания.
