Виробництво монокристалів кремнію
Виробництво монокристалів кремнію в основному здійснюють методом Чохральського (до 80-90% споживаного електронною промисловістю) і меншою мірою методом безтигельної зонної плавки.
Ідея методу отримання кристалів по Чохральському полягає у зростанні монокристалу за рахунок переходу атомів з рідкої або газоподібної фази речовини у тверду фазу на їх межі розділу.
Щодо кремнію цей процес може бути охарактеризований як однокомпонентна ростова система рідина – тверде тіло. Швидкість зростання V визначається числом місць на поверхні кристала для приєднання атомів, що надходять з рідкої фази, і особливостями перенесення на межі розділу.
Установка складається з наступних блоків
піч, що включає тигель (8), контейнер для підтримки тигля (14), нагрівач (15), джерело живлення (12), камеру високотемпературної зони (6) та ізоляцію (3, 16);
механізм витягування кристала, що включає стрижень із затравкою (5), механізм обертання затравки (1) і пристрій її затиску, пристрій обертання і підйому тигля (11);
пристрій для керування складом атмосфери (4 - газовий вхід, 9 - вихлоп, 10 - вакуумний насос);
блок управління, що складається з мікропроцесора, датчиків температури та діаметра зростаючого зливка (13, 19) та пристроїв введення;
додаткові пристрої: оглядове вікно – 17, кожух – 2.
Затравальний монокристал високої якості опускається в розплав кремнію і одночасно обертається. Отримання розплавленого полікремнію відбувається у тиглі в інертній атмосфері (аргону при розрідженні
10 4 Па.) при температурі, що трохи перевищує точку плавлення кремнію Т = 1415 °С. Тигель обертається в протилежному напрямку обертання монокристалу дляздійснення перемішування розплаву та зведення до мінімуму неоднорідності розподілу температури. Вирощування при розрідженні дозволяє частково очистити розплав кремнію від летких домішок за рахунок їх випаровування, а також знизити утворення на внутрішньому облицювання печі нальоту порошку монооксиду кремнію, потрапляння якого в розплав призводить до утворення дефектів в кристалі і може порушити монокристалічний ріст.
На початку процесу зростання монокристалу частина затравального монокристалу розплавляється для усунення в ньому ділянок з підвищеною щільністю механічних напруг та дефектами. Потім відбувається поступове витягування монокристалу із розплаву.
Для отримання монокристалів n або р-типу з необхідним питомим опором проводять відповідне легування вихідного полікристалічного кремнію або розплаву. У полікремній, що завантажується, вводять відповідні елементи (Р, В, As, Sb та ін.) або їх сплави з кремнієм, що підвищує точність легування.