Получение слитка монокристалла кремния

Для получения слитка монокристалла кремния широко используется метод направленной кристаллизации расплава. Кристаллизация расплава, при которой тепло отводится от фронта кристаллизации преимущественно в одном направлении называется направленной. Система с одной фазовой границей - фронтом кристаллизации - носит название неконсервативной направленной кристаллизации. Консервативная направленная кристаллизация - зонная плавка или зонная перекристаллизация - характеризуется наличием в системе двух фазовых границ: фронта правления и фронта кристаллизации (см. Рис. 7).

Рис. 7 Консервативная (а) и неконсервативная кристаллизация (б)

При выращивании кристалла кремния используются различные методы направленной кристаллизации. Мы рассмотрим только метод Чохральского. Суть метода поясняет Рис. 8.

Рис. 8 Получение слитка монокристалла кремния методом Чохральского

В расплавленное нагревателем (резистивным, высокочастотным или электронно-лучевым) вещество, которое находится в тигле и имеет температуру близкую к температуре кипения, опускают монокристаллическую затравку того же состава, что и расплав. Далее приводится в действие подъемный механизм затравки, которая уже соприкоснулась с расплавом и увлекает расплав вверх, вследствие чего расплав нарастает на затравке в виде кристаллической фазы. Этот процесс носит название затравливание. Для незначительного количества дислокаций в выращиваемом монокристалле необходимо минимальное содержание их и в затравке. Для этого поверхностные повреждения затравки убирают полированием и химическим травлением. При касании холодной затравки с расплавом может возникнуть сразу большое количество дислокаций, поэтому затравку предварительно нагревают и сечение затравки делают минимальным. В процессе роста кристалла его диаметр зависит от скорости подъема затравки. Т.к. диаметр затравки меньше необходимого диаметра кристалла, то скорость подъема выбирают такой, чтобы диаметр растущего кристалла постоянно увеличивался. Этот процесс носит название выход на диаметр. После этого начинается рост цилиндрической части монокристалла. Оптимизацию процесса выращивания монокристалла осуществляют с помощью микропроцессоров, входящих в систему автоматического управления установкой. Их задачей является согласование температурных и скоростных режимов процесса роста монокристалла для обеспечения постоянства его диаметра. Перед отрывом выращенного монокристалла от расплава во избежание теплового удара, и как следствие - появления множества дислокаций, диаметр кристалла уменьшают и только затем происходит отрыв. Этот процесс называется создание обратного конуса.