Способ выращивания монокристаллов кремния из расплава

СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ КРЕМНИЯ ИЗ РАСПЛАВА Изобретение относится к технологии получения монокристаллов полупроводниковых и металлических материалов для электронной техники, в частности кремния, выращиваемого методом Чохральского. Задача изобретения - выращивание монокристаллов кремния, направленное на обеспечение снижения количества микродефектов в выращенных кристаллах. Задача решается тем, что на межфазную границу кристалл-расплав воздействуют ультразвуковыми волнами частотой от 8 до 20 кГц, интенсивностью от 0,1 до 0,5 Вт/см 2, причм воздействие осуществляется по направлению вытягивания со стороны кристалла.(71)(72)(73) Заявитель, изобретатель и патентовладелец: КАРАМУРЗОВ БАРАСБИ СУЛЕЙМАНОВИЧ; КАРМОКОВ АХМЕТ МАЦЕВИЧ (RU) Область техники, к которой относится изобретение Изобретение относится к технологии выращивания монокристаллов кремния из расплава. Уровень техники Из предшествующего уровня техники известны различные способы выращивания монокристаллов кремния из расплава: RU2370576; RU2355834; RU2355831; RU2324017; RU2296824; RU2278912;RU2077615. Эти способы недостаточно обеспечивают эффективное снижение количества микродефектов в выращенных кристаллах. В частности, известен способ выращивания кристаллов из жидкой фазы на затравку с применением ультразвука с частотой 10,1-5103 кГц вдоль направления вытягивания (патент РФ 2177513, С 30 В 15/00, С 30 В 15/20, С 30 В 29/06 дата публ. 27.12.2001). Известный способ направлен на увеличение производительности процесса роста и уменьшение слоистости в монокристаллах полупроводниковых и металлических материалов. Недостатком известного способа является то, что он не обеспечивает однородности струкуры межфазной границы из-за образования ка-витационных пузырьков, что способствует образованию микродефектов и снижает качество выращиваемых монокристаллов. Также, в частности, известен способ получения монокристаллов кремния методом Чохральского (патент РФ 2077615, С 30 В 15/00, С 30 В 29/06 дата публ. 20.04.1997). Способ выращивания монокристаллов кремния с однородным распределением кислорода по всей длинне кристалла при обеспечении его бездислокационной структуры, что осуществляется вытягиванием на вращающуюся затравку из расплава в тигле. Недостатком известного способа является то, что он не обеспечивает необходимую концентрацию дефектов в монокристаллах кремния. В качестве аналога, наиболее близкого к изобретению по совокупности признаков (прототипа), выбрано техническое решение, описанное в патенте RU 2035530, С 30 В 15/22 дата публ. 20.05.1995). В патенте RU 2035530 описан способ получения монокристаллов кремния методом Чохральского, обеспечивающий снижение количества микродефектов в выращенных кристаллах, который осуществляется путем вращения тигля со скоростью 0,2-2,0, об/мин, вращения кристалла ему навстречу со скоростью 0,2-20,об/мин, и со стрелой прогиба фронта кристаллизации в сторону затравки не более 0,2. К недостаткам прототипа относится его недостаточная эффективность по снижению концентрации микродефектов в выращенных кристаллах. Технический результат, на создание которого направлено заявляемое изобретение, - снижение количества микродефектов в выращиваемых микрокристаллах. Раскрытие изобретения Для прототипа и заявленного способа общими являются следующие признаки: осуществление выращивания монокристаллов кремния из расплава методом Чохральского; метод включает в себя вращение тигля со скоростью 0,2-2,0 об/мин - вращение кристалла навстречу тиглю со скоростью 0,2-20 об/мин - при этом стрела прогиба фронта кристаллизации в сторону затравки составляет величину не более 0,2. Технической задачей, решаемой изобретением, является снижение микродефектов в выращенных кристаллах. Отличительными от прототипа признаками заявленного способа выращивания монокристаллов кремния из расплава являются следующие признаки: воздействие на межфазную границу кристалл- расплав ультразвуковыми волнами частотой от 8 до 20 кГц, интенсивностью от 0,1 до 0,5 Вт/см 2, причем воздействие осуществляется по направлению вытягивания со стороны кристалла. Экспериментально установлено, что при ультразвуковом воздействии на жидкость средней и высокой интенсивности (0,5-100 Вт/см 2) образуются акустические кавитационные пузырьки различных диаметров (0,001-1 мм). При низких интенсивностях - 0,5 Вт/см 2 эти пузырьки не образуются. Технический результат, на создание которого направлено заявляемое изобретение, - снижение количества микродефектов в выращиваемых микрокристаллах. Технический результат достигается тем, что способ выращивания монокристаллов кремния из расплава осуществляется методом Чохральского путем вращения тигля со скоростью 0,2-2,0 об/мин, вращения кристалла ему навстречу со скоростью 0,2-20 об/мин и со стрелой прогиба фронта кристаллизации в сторону затравки не более 0,2, при этом на межфазную границу кристалл-расплав воздействуют ультразвуком с частотой от 8 до 20 кГц, интенсивностью от 0,1 до 0,5 Вт/см 2, причм воздействие осуществляется по направлению вытягивания со стороны кристалла. Осуществление изобретения Способ осуществляется следующим образом. Выращивание монокристаллов полупроводниковых материалов производится по методу Чохральского в вакууме. Источник ультразвука размещается на держателе затравки. Затем производят затравление путем опускания затравки на 1-3 мм в расплав и разращивание монокристалла до заданного диаметра. Устанавливают скорость вращения тигля 0,2-2,0 об/мин и скорость вращения кристалла ему навстречу 0,2-20 об/мин, стрелу прогиба фронта кристалли-1 020430 зации в сторону затравки не более l/d = 0,2. После разращивания кристалла на источник ультразвука подают сигнал заданной частоты и интенсивности. При таких условиях производится выращивание монокристалла. Пример 1. В общем случае способ осуществляется следующим образом. В кварцевый тигель ростовой установки загружают исходный материал, в частности поликристаллический кремний, который выбирают исходя из того, какой марки кристалл кремния требуется вырастить. Излучатель ультразвука устанавливают на держателе затравки. Далее процесс идет по стандартной процедуре, предусморенной методом Чохральского: шихту расплавляют, расплав некоторое время выдерживают при температуре на 20-30 С выше температуры плавления, ориентированную по оси 100 или 111 затравку вводят в соприкосновение с расплавом, выдерживают некоторое время при включенном вращении затравки и тигля, а затем начинают вытягивание из расплава. Устанавливается величина стрелы прогиба l/d = 0,2 в сторону кристалла, и приступают к выращиванию монокристаллов для промышленного использования, скорость вращения кристалла составляет 12 об/мин, а тигля - от 0,2-2,0 об/мин. После этого включают ультразвуковой излучатель частотой от 8 до 20 кГц, интенсивностью от 0,1 до 0,5 Вт/см 2. Пример 2. Способ реализуется по примеру 1, после подбора технологических параметров, обеспечивающих величину интенсивности ультразвукового излучения 0,09 Вт/см 2, выращивают кристаллы марки КЭФ-4,5 диаметром 150 мм. Полученные кристаллы исследовались на наличие в них микродефектов. Для этого применялся известный метод селективного травления. Сравнение полученных результатов заявляемого технического решения с прототипом представлены в табл. 1. Таблица 1 Пример 3. Способ реализуется по примеру 1, после подбора технологических параметров, обеспечивающих величину интенсивности ультразвукового излучения 0,52 Вт/см 2, выращивают кристаллы марки КЭФ 4,5, диаметром 150 мм. Результаты представленны в табл. 2. Таблица 2 Пример 4. Способ реализуется по примеру 1, после подбора технологических параметров, обеспечивающих величину интенсивности ультразвукового излучения 0,4 Вт/см 2, выращивают кристаллы марки КЭФ-4,5,диаметром 150 мм. Результаты представленны в табл. 3. Таким образом, предложенный способ выращивания монокристаллов кремния методом Чохральского путем воздействия на межфазную границу кристалл-расплав ультразвуком с частотой от 8 до 20 кГц, интенсивностью от 0,1 до 0,5 Вт/см 2, по направлению вытягивания со стороны кристалла, позволяет существенно сократить количество микродефектов. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ выращивания монокристаллов кремния из расплава методом Чохральского, включающий вращение тигля со скоростью 0,2-2,0 об./мин и вращение кристалла ему навстречу со скоростью 0,2-20 об./мин, со стрелой прогиба фронта кристаллизации в сторону затравки не более 0,2, отличающийся тем,что на межфазную границу кристалл-расплав воздействуют ультразвуком с частотой от 8 до 20 кГц, интенсивностью от 0,1 до 0,5 Вт/см 2, причем воздействие осуществляется по направлению вытягивания со стороны кристалла.