Расплавление загрузки и выдержка расплава.

Цель - получение расплава кремния, который будет кристаллизоваться на затравочный кристалл определенной кристаллографической ориентации.

Расплавление загрузки на печах с дозагрузочным устройством производится в несколько этапов:

1) прогрев - плавный нагрев тигля с загрузкой до температуры, не меньшей, чем температура размягчения кварца для исключения растрескивания тигля и не большей, чем температура затравления для исключения разрыва тигля кремнием стекающим и кристаллизующимся в холодной части тигля;

2) плавление - резкое увеличение температуры нагревателя до значений, превышающих температуру плавления кремния для всех частей тигля;

3) доплавление - перед окончанием плавления, когда нерасплавленным останется кусок с диаметром 70-100мм сбрасывается ток нагревателя до уровня, превышающего ток затравления не более чем на 50А.

4) подготовка к дозагрузке - температуру нагревателя опускают ниже температуры затравления;

5) дозагрузка - дозагрузочное устройство быстро опускается как можно ближе к тиглю и дозагрузка высыпается на поверхность твёрдой фазы, находящейся в тигле. Затем вновь выполняются плавление и доплавление, а затем переходят к выдержке; если необходимо произвести ещё одну дозагрузку, то после окончания плавления цикл работ "подготовка-дозагрузка-плавление" повторяют нужное число раз, затем переходят к выдержке расплава;

6) выдержка - расплав выдерживается при температуре затравления в течение времени установленного технологом.

Затравление и разращивание прямого конуса.

Цель операции – получение монокристаллического слитка определенной кристаллографической ориентации, кристаллической структуры и диаметра.

Дефекты структуры, возникающие на стадии затравления, представляют собой дислокации, наследуемые из затравки. Для предотвращения размножения дислокаций в момент контакта холодной затравки с поверхностью расплава в результате теплового удара (термоудара) затравку перед погружением в расплав прогревают путем вы­держки над ним до возможно более высоких температур. Сечение затравки должно быть минимальным, так как, во-первых, плотность дислокаций, наследуемых монокри­сталлом прямо пропорциональна отношению площадей сечения затравки и выращен­ного на ней монокристалла, во-вторых, термоудар в затравках малого сечения мень­ше, чем в затравках большого сечения. Протяженность зоны термоудара по длине затравки также тем меньше, чем меньше ее сечение.

После погружения конца затравки в расплав и оплавления его с целью удале­ния поверхностных дефектов приступают к операции выращивания так называемой «шейки», которая представляет собой тонкий и длинный монокристалл. Диаметр «шейки» не должен превышать линейного размера поперечного сечения затравки, обычно имеюще­го форму квадрата или треугольника. Длина шейки должна составлять несколько ее диаметров. Выращивание шейки осуществляют с большой линейной скоростью, что создает большие осевые градиенты температуры. Это способствует сильному пересыщению вакансиями области монокристалла вблизи фронта кристаллизации. В результате взаимодействия с вакансиями проросшие из затравки в шейку дислокации полностью вытесняются.

Операция затравления состоит из следующих этапов.

1. Подплавление самого кончика затравки для улучшения её смачивания расплавом. Перед подплавлением затравки её прогревают в течении 5 – 7 минут вблизи расплава для смягчения термоудара, затем касаются расплава и подплавляют её для улучшения смачивания. Изменением тока нагревателя подбирают температуру затравления (при нормальной температуре вокруг затравки образуется мениск, и затравка не отрывается от расплава).

2. Выращивание «шейки» для выхода дислокаций на поверхность. Выращивание оттяжки с большой линейной скоростью создаёт большие осевые градиенты температуры, и дислокации выходят на поверхность. Примерно через 50 мм шейка свободна от дислокаций, и можно приступать к разращиванию прямого конуса.

При несоответствии внешнего вида прямого (призатравочного) конуса требуемому (наличие "лишних" псевдорёбер, либо их отсутствие, нарушение бездислокацонного роста и т.п.) допускается расплавление выращенной части конуса с повторным затравлением.

После выращивания шейки скорость перемещения затравки уменьшают, устанавливают отрицательный наклон изменения температуры и добиваются разращивания конуса под таким углом, чтобы грани на конусе были с зеркальным верхом.