Кварцовий тигель для витягування монокристалів кремнію

Кварцовий тигель Semicorex для витягування монокристалів кремнію є основним компонентом у виготовленні кремнієвих пластин. Стадія підготовки монокристала визначає технічні параметри, такі як діаметр, орієнтація кристала, тип легування, діапазон і розподіл питомого опору, концентрація кисню та вуглецю, час життя неосновних носіїв і дефекти решітки кремнію. Це вимагає, щоб мікродефекти, концентрація кисню, металеві домішки та однорідність концентрації носія контролювались у певному діапазоні.

У процесі вирощування монокристалів Чохральського кварцовий тигель для витягування монокристалів кремнію повинен витримувати температури, вищі за температуру плавлення кремнію (1420 ℃). Кварцовий тигель здебільшого напівпрозорий і складається з кількох шарів.

Зовнішній шар – це область з високою щільністю бульбашок, яка називається композитним шаром бульбашок; внутрішній шар — це прозорий шар товщиною 3-5 мм, який називається шаром, що позбавляє від бульбашок. Наявність шару, що збіднює бульбашки, зменшує щільність зони контакту тигля з розчином, тим самим покращуючи ріст монокристалів.

Оскільки внутрішній шар кварцового тигля безпосередньо контактує з кремнієвою рідиною, він буде постійно розчинятися в кремнії, і мікробульбашка в прозорому шарі тигля буде рости, тріскатися та вивільняти частинки кварцу та мікробульбашки. Потім ці домішки протікають через весь розплав кремнію, безпосередньо впливаючи на кристалізацію та якість монокристалу кремнію.

Кварцовий тигельДля витягування монокристалів кремнію безпосередньо контактує з рідиною кремнію, тому домішки та бульбашки, які не контролюються ефективно в процесі виробництва, очевидно вплинуть на результати витягування кристалів, навіть призведуть до нездатності витягнути кристали та псування/відходи матеріалу. Оскільки монокристалічні кремнієві пластини вимагають високої чистоти, а вартість процесу витягування одного кристала висока, існують високі вимоги до кварцового тигля для витягування монокристалів кремнію з точки зору чистоти, продуктивності бульбашок і стабільності якості.

Домішки: домішки безпосередньо впливають на продуктивність і вихід монокристалів. Тому вміст домішок вкварцтигель, який знаходиться в прямому контакті з розплавом кремнію, має вирішальне значення. Надмірна кількість домішок у тиглі часто призводить до кристалізації в кварцовому тиглі (локальне накопичення іонів домішок, що призводить до зниження в’язкості). Якщо кристалізація відбувається біля внутрішньої поверхні, надмірно товстий локальний кристалізаційний шар схильний до відшаровування, запобігаючи подальшому росту монокристалів; якщо на зовнішній стінці утворюється товстий шар кристалізації, ймовірно, виникне опуклість у нижній частині або викривлення; якщо кристалізація проникає в корпус тигля, це може легко призвести до ряду серйозних наслідків, таких як витік кремнію.

Бульбашки: кварцовий пісок високої чистоти сам по собі містить газорідинні включення. Під час процесу витягування кристала внутрішня поверхня тигля, що контактує з розплавом кремнію, постійно розчиняється в розплаві кремнію.  Мікробульбашки в прозорому шарі безперервно ростуть, а бульбашки, найближчі до внутрішньої поверхні, розриваються, вивільняючи мікрочастинки кварцу та мікробульбашки в розплав кремнію. Домішки всередині цих мікрочастинок і мікропухирців переносяться по всьому розплаву кремнію, безпосередньо впливаючи на кристалізацію кремнію (вихід, швидкість кристалізації, час нагрівання, прямі витрати на обробку тощо) і якість монокристалічного кремнію (перфоровані пластини, чорні стружки тощо).