Основные принципы и технологические схемы

Схема, иллюстрирующая основные принципы способа HCRP, представлена на рис. 6.5. Установка состоит из трех основных частей: тигель 4, где расплавляется кремний; питатель-фидер 6, 10, по которо­му расплав подается в кристаллизатор; кристаллизатор 10, 13, где про­исходит рост ленточного кристалла 7; вытягивающее и транспорти­рующее оборудование для кремниевой ленты 8, 9. Внутри установки поддерживается избыточное давление проточного инертного газа на уровне 1 атм. Плавильная камера располагается выше зоны кристалли­зации и состоит в основном из кварцевого тигля 4 с отверстием в дне; графитовая подставка 5 поддерживает тигель и пропускает расплав из

тигля в фидер 13. Расплавление загрузки происходит под действием тепла от графитового резистивного нагревателя 3. После того как кремний полностью расплавится, увеличивается давление 2, и расплав поступает в прогретый кристаллизатор 6,10,13.

Ростовая зона состоит из кристаллизатора, формирующего крем­ниевую ленту, графитовых подогревателей 3 и системы охлаждения 11, в которой используется поток инертного газа, подаваемый с нижней части кристаллизатора. Нагревательная и охлаждающая системы обес­печивают поддержание вертикального температурного градиента, не­обходимого для процесса кристаллизации с наклонным фронтом.

При вытягивании кремниевой ленты в зону кристаллизации под давлением непрерывно подается расплав. Весь процесс в результате идет непрерывно, до полного расходования кремния в тигле 4 (рис. 6.5).

Одна из конструкций графитового кристаллизатора представлена на рис. 6.6. Левая верхняя часть фидера 2 является подставкой для кварцевого тигля и имеет отверстие 6 для подачи расплава в кристалли­затор. На входе в кристаллизатор канал фидера расширяется. Возмож­ность изготовления узкого плоского канала обеспечивается изготовле­нием кристаллизатора из двух частей, с отдельной верхней плитой 3, закрепляемой в точке 1. Ширина и зазор плоского канала 4 в кристал­лизаторе обеспечивают необходимые размеры кремниевой ленты. Кри­сталлизатор изготавливается из высокочистого графита, и вся его внут­ренняя поверхность (канал и фидер) покрывается специальным кера­мическим покрытием [5].

Распределение температуры в плоском кристаллизаторе схематич­но показано на рис. 6.7. В результате того, что температура верхней части кристаллизатора (точка С) больше, чем температура нижней час­ти (точка D), а температура расплава падает по длине канала от точки А до точки В, — происходит рост клином. Температура центральной точки в кристаллизаторе (точка G), поддерживается выше, чем по краям, для того, чтобы скомпенсировать давление, возникающее по краям в ре­зультате объемного расширения кремния при кристаллизации (на 11,6% [6], приложение 2). Форма кристалла на ФК соответствует кли­новидной форме (как на рис. 3.2, б).

Оптимальными были признаны следующие значения перепада тем­пературы: между А и В — АТ = 70н-100 °С, между С и D — АТ= 70-й 00 °С, между GnE, F-АТ =20 °С.