Метод бестигельной зонной плавки

На стадии выращивания монокристаллов кремний подвергается многократной очистке. Высокая стоимость монокристаллического кремния полупроводниковой чистоты объясняется сложностью очистки из-за значительной химической активности кремния в расплавленном состоянии (может реагировать с материалами тигля).

Зонную плавку ведут в вакууме без тиглей. Метод основан на неодинаковой растворимости примесей. В жидкой фазе растворимость примесей больше, чем в твёрдой, поэтому при движении расплавленной зоны по длине слитка примеси оттесняются к его концу.

Схема установки бестигельной зонной плавки представлена на рисунке 3.9.

Рис.3.9. Схема установки для зонной плавки полупроводниковых слитков: 1– держатель; 2 – поликристаллический слиток: 3– расплавленная зона; 4– индуктор; 5 – кварцевая труба.

Слиток закрепляют в держателях. Плавление поликристаллического слитка осуществляется с помощью высокочастотного индуктора. Узкая расплавленная зона продвигается по слитку снизу вверх и удерживается между твёрдыми частями слитка силами поверхностного натяжения. При перемещении расплава происходит постепенное насыщение его примесями. Наиболее загрязнённую примесями верхнюю часть слитка обрезают и отправляют в переплавку. После 15-20 проходов получают кремний нужного качества.

Метод выращивания монокристалла из расплава (метод Чохральского).

Очищенный поликристаллический кремний расплавляется в тигле из особо чистого кварца в высоковакуумной печи (рисунок 3.10).

Рис.3.10. Схема установки для выращивания монокристаллов полупроводников из расплава по методу Чохральского: 1 – затравка; 2 – монокристалл; 3 – индуктор; 4 – расплав; 5 – кварцевый тигель; 6 – графитовая оболочка.

В печи может быть защитная газовая среда из водорода или аргона высокой чистоты. С помощью штока в расплав вводят монокристаллическую затравку. После оплавления затравку медленно поднимают и одновременно вращают. Перемещаясь, затравка тянет столбик расплава, который удерживается силами поверхностного натяжения. В процессе движения столбик остывает и кристаллизируется. В результате выращивают монокристаллические слитки диаметром 150 мм.

Методом Чохральского выращивают самые крупные монокристаллы. Недостатком метода является загрязнение кристалла материалом тигля.