Устройство для выращивания монокристаллов кремния

 

Изобретение относится к оборудованию, предназначенному для получения крупногабаритных монокристаллов кремния методом Чохральского. Технический результат - упрощение конструкции, повышение надежности устройства и чистоты процесса. Устройство содержит герметичную камеру, имеющую верхнюю и нижнюю части. Тигель с расплавом размещен в нижней части камеры. Затравкодержатель расположен в верхней части камеры и соединен с приводами вращения и перемещения. Верхняя часть камеры имеет выступ, на котором свободно установлена шайба. Средство для поддержания кристалла содержит рычаги с опорами и захватами. В опорах размещены направляющие. К нижней части направляющих закреплено кольцо, взаимодействующее с захватами, а к верхней - пластина. При выращивании монокристалла затравкодержатель перемещется вверх. Пластина контактирует с затравкодержателем. Направляющие начинают перемещаться вверх, и кольцо освобождает захваты. Последние подхватывают кристалл и удерживают его до окончания процесса роста. Устройство содержит простые конструктивные элементы, обеспечивают надежное поддержание кристалла и чистоту процесса. 2 ил.

Изобретение относится к оборудованию, предназначенному для получения крупногабаритных монокристаллов кремния методом Чохральского.

Известна установка для выращивания монокристаллов, включающая герметичную камеру, в нижней части которой расположен тигель для расплава, а в верхней - затравкодержатель, установленный по оси тигля и соединенный с приводом его вращения и перемещения (см. журнал "Цветные металлы", N 2, 1999 г. , с. 68-70).

Известные установки позволяют получать крупные монокристаллы (диаметр кристалла > 250 мм, длина кристалла > 1500 мм). Однако они недостаточно надежны в работе, так как из-за большого веса выращиваемого кристалла (более 300 кг) может произойти его обрыв. Кроме того, этот недостаток делает установки небезопасными в эксплуатации.

Известно устройство для выращивания монокристаллов методом Чохральского, включающее герметичную камеру, в нижней части которой размещен тигель для расплава, а в верхней - затравкодержатель, расположенный по оси тигля и соединенный с приводами его вращения и перемещения, и средство для поддержания выращиваемого монокристалла, имеющее контактирующие с ним поворотные захваты (см. патент США N 5126113, МПК В 01 D 9/00, НКИ - 422/249, оп. 1992 г.).

Известное устройство является наиболее близким предложенному техническому решению и принято авторами за прототип.

Устройство предназначено для получения крупногабаритных монокристаллов. В известном устройстве захваты приводятся в контакт с выращиваемым кристаллом с помощью двигателя и механизмов, передающих движение захватам, расположенным в герметичной камере.

Недостатком устройства-прототипа является то, что двигатель и механизмы для перемещения захватов расположены в полости камеры и работают в условиях вакуума и повышенных температур, что существенно снижает надежность их работы и чистоту процесса, поскольку пары трения механизма должны работать со смазкой.

Кроме того, расположение двигателей в вакуумной камере требует подвода к ним электропитания, что усложняет устройство и отрицательно сказывается на герметичности камеры.

Сущность предложения заключается в том, что в устройстве для выращивания монокристаллов, включающем герметичную камеру, в нижней части которой размещен тигель для расплава, а в верхней затравкодержатель, расположенный по оси тигля и соединенный с приводами его вращения и перемещения, и средство для поддержания выращиваемого монокристалла, имеющее поворотные захваты, верхняя часть камеры снабжена кольцевым выступом со свободно установленной на нем шайбой, а средство для поддержания выращиваемого монокристалла выполнено в виде установленных в шайбе рычагов с опорами и размещенных в них направляющих, к нижней части которых закреплено кольцо, взаимодействующее с захватами, а в верхней - установлена пластина, контактирующая с затравкодержателем, при этом захваты шарнирно закреплены к рычагам.

Предложенное техническое решение позволяет осуществлять захват и поддержку растущего кристалла за счет простых конструктивных решений без использования электроприводов, расположенных внутри камеры, что значительно упрощает конструкцию устройства и повышает ее надежность.

На фиг. 1 показана схема устройства для выращивания монокристаллов кремния в начальной стадии роста.

На фиг. 2 представлена схема устройства для выращивания монокристаллов с поддерживаемым кристаллом.

Устройство включает герметичную камеру, состоящую из нижней части 1 и верхней части 2. В нижней части 1 камеры размещен тигель 3 для расплава, а в верхней части 2 камеры затравкодержатель 4. Тигель 3 установлен на подставке 5 в полости нагревателя 6, окруженного тепловыми экранами 7. Верхняя часть 2 камеры снабжена кольцевым выступом 8, на котором свободно установлена шайба 9, соединенная с рычагами 10. Последние имеют захваты 11 для поддержания выращиваемого монокристалла 12, установленные с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси. Посредством кронштейна 13 рычаги 10 связаны с направляющими 14, к нижней части которых закреплено кольцо 15, а к верхней - пластина 16.

Устройство работает следующим образом.

Исходный материал загружают в тигель 3, затем герметизируют и вакуумируют части 1 и 2 камеры, включают нагреватель 6 и расплавляют исходный материал. После этого опускают затравку, закрепленную в затравкодержателе 4, в расплав и начинают процесс выращивания монокристалла. Сначала формируют кристалл в форме сферы, затем вытягивают шейку, разращивают кристалл до нужного диаметра и начинают его выращивание.

Когда сферическая часть выращиваемого монокристалла 12 оказывается в полости кольца 15, происходит контакт пластины 16 с затравкодержателем 4. При этом направляющие 14 начинают вертикальное перемещение вверх с затравкодержателем 4. Кольцо 15 при движении вверх освобождает захваты 11, которые благодаря шарнирному креплению к рычагам 10 подхватывают сферическую часть монокристалла 12. При дальнейшем перемещении затравкодержателя 4 пластина 16 контактирует с шайбой 9, свободно установленной на выступах 8 верхней части 2 камеры. Рычаги 10 вместе с затравкодержателем 4 совершают вертикальное перемещение, надежно поддерживая выращиваемый монокристалл 12 до окончания процесса.

Предложенное техническое решение позволяет обеспечить поддержку выращиваемого кристалла, не применяя сложных электроприводных механизмом, размещенных внутри камеры, что упрощает конструкцию и повышает надежность устройства, а также чистоту процесса.

Формула изобретения

Устройство для выращивания монокристаллов кремния, включающее герметичную камеру, в нижней части которой размещен тигель для расплава, а в верхней - затравкодержатель, расположенный по оси тигля и соединенный с приводами его вращения и перемещения, и средство для поддержания выращиваемого монокристалла, имеющее поворотные захваты, отличающееся тем, что верхняя часть камеры снабжена кольцевым выступом со свободно установленной на нем шайбой, а средство для поддержания выращиваемого кристалла выполнено в виде установленных в шайбе рычагов с опорами и размещенных в них направляющих, к нижней части которых закреплено кольцо, взаимодействующее с захватами, а в верхней - установлена пластина, контактирующая с затравкодержателем, при этом захваты шарнирно закреплены к рычагам.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2