4. Пооперационное описание технологии выращивания монокристаллического кремния методом Чохральского.

На рис.3 показана технологическая схема выращивания монокристаллов кремния методом Чохральского.

Подготовка и компоновка сырья.

Подготовка сырья имеет целью снизить количество нежелательных примесей (металлы, углерод, органические вещества и т.д.) в исходном сырье и уменьшить их влияние на процесс роста и на характеристики выращенного слитка, определить тип и концентрацию легирующей примеси в исходном материале (путём измерения типа электропроводности и удельного электрического сопротивления), добавить, если требуется, в загрузку необходимое количество легирующей примеси.

Первым этапом обработки сырья является отделение инородных включений на станках ручной резки алмазным инструментом, который заключается в предварительной сортировке сырья и отделении кусков фракций, содержащих включения, посторонние вещества и предметы. Затем сырьё режут или раскалывают, удаляют поверхностные загрязнения с помощью химической обработки или ультразвуковой отмывки в ваннах с последующей сушкой. Далее сырьё поступает на операцию компоновки для составления мерных загрузок для выращивания кристаллов кремния определенного веса из сырья с известным номиналом УЭС и типом примеси, и ее легирование на заданную марку. Расчет среднего УЭС загрузки производится по формуле (4):

, (4)

где m – массы кусков или входящих в загрузку партий сырья;

ρ – средние УЭС кусков или входящих в загрузку партий сырья.

Расчет веса лигатуры производится электронной вычислительной машиной по специальной программе. В основе расчета лежит указанная выше формула и дополнительные поправочные коэффициенты, учитывающие результаты предшествующих плавок. Исходными данными для расчета являются вес загрузки; тип электропроводности и УЭС ее составляющих; заданное УЭС верхнего торца слитка; УЭС лигатуры.

В зависимости от вида сырье подвергается различным операциям, порядок и очерёдность которых зависит от типа и степени загрязнённости.

ВЫРАЩИВАНИЕ СЛИТКОВ.

Целью этапа является получение слитков кремния с параметрами, отвечающими имеющимся техническим требованиям. Процесс выращивания слитков включает в себя следующие операции: чистка камеры печи; сборка оснастки печи; укладка скомпонованной загрузки в кварцевый тигель и установка его в камеру печи; вакуумирование камеры и проверка на герметичность; расплавление загрузки и выдержка расплава; дозагрузка сырья (производится на установках оснащенных необходимым оборудованием); затравление и разращивание прямого конуса; выращивание цилиндрической части слитка; приостановка процесса роста (производится на установках, оснащенных необходимым оборудованием, в случае необходимости изъятия шайбы, спутника или готового слитка, иных случаях); выращивание обратного конуса; охлаждение слитка в камере печи и выгрузка слитка из камеры; отжиг камеры и графитовой оснастки.

Чистка камеры печи.

Цель - удаление из камеры и фильтра (фильтров), печи моноокиси и карбида кремния, иных соединений, осевших на холодных частях печи, продуктов разрушения графитовой оснастки, тигельного остатка и остатков кварцевого тигля, образовавшихся при проведении предыдущих процессов. Сухая чистка с полной разборкой теплового узла выполняется перед отжигом и после него, если при осмотре на стенках камеры обнаружены следы масла; перед пуском печи в эксплуатацию после аварийного завершения процесса и после ремонтов, связанных с вакуумной системой печи.