Формообразователь для выращивания монокристаллических лент тугоплавких окислов

Формообразователь для выращивания монокристаллических лент тугоплавких окислов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ФОРМООБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛЙЧ1?СКИХ ЛЕНТ ТУГОПЛАВКИХ ОКИСЛОВ,включающий две симметрично расположенные пластины из тугоплавкого металла с капиллярным зазором между ними, отличающ и и с я тем, что, -с цель*?' улучшения структурного совершенства получаемых лент, верхние торцы пластин со стороны капиллярного зазора выполнены со cKocaivm под углом. 10-40 к вертикальной оси.•

СОЮЗ СОВЕТО4ИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„SU„:„839324

Ф

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

Il0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И, ОТНРЫ ИЯМ . ПРИ П(НТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ.1 ..(21) 2870993/26 (22) 17.01. 80. (46) 15.02.91, Бюл. В 6 (72) В.С.Папков, В.Ф.Перов, М.В..Суровиков и Н.И.Блецкан (53) 621.315.592(088.8) (56) Батыгин В.Н. и др.. Выращивание кристаллов 0(,А1 0 заданного профиля, -ж. Кристаллография, 1975, т.20, вып.4, с.880-882.

Патент США У 3650703,кл.23-301 SP, 1972.

Патент СИА Ф 3701636,кл.23-301 SP ,. 1972.

Изобретение .относится к технологии. выращиваиия кристаллов и может быть использовано в производстве специаль- ных материалов электронной техники для получения широких тонких лент монокристаллического сапфира, являющегося исходным материалом диэлектрических подложек, применяемых в производстве интегральных схем и в других областях техники, Известен метод кристаллизации из тонкой пленки расплава с поверхности, формующего устройства для получения сапфировых изделий сложного профиля в виде стержней, труб, лент.

Этот метод реализуется при помощи молибденового формообразователя, .представляющего собой. совокупность капиллярной питающей система и формующего стола,. конфигурация сечения которого воспроизводится растущим кристаллом. (.51)5 С 30 В 15/34, С 30 В 29/16

2 (54) (57) ФОРМООБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ ВЫРА1цИВАНИЯ NOHOKPHCTAJfJIHWCKHX ЛЕНТ

ТУГОПЛАВКИХ ОКИСЛОВ, включающий две симметрично расположенные пластины из тугоплавкого металла с капиллярным зазором между ними, о т л и ч а ю— шийся тем, что, -с целью улучшения структурного совершенствл получаемых лент, верхние торцы пластин со. стороны капиллярного зазора выполнены о со скосами под углом . 10-40 к вертикальной Оси

Роль формующего стола играет верхний плоский торец молибденового бруска прямоугольного сечения, на который через систему круглых каналов или че- 00 рез прорезь вследствие капиллярного СР эффекта подается ограниченный объем 1© расплава. Растекаясь на поверхности плоского торца формообразователя, расплав образует тонкую пленку, из ф, котсрой с помощью затравки вытягива" ется кристалл с профилем, повторяющим конфигурацию торца. .С помощью описанного фрмообразователя выращены ленты сапфира толщиной

0,3-3 мм, шириной 25 мм и длиной

300 мм, К: его недостаткам, помимо малой ширины получаемых лент, можно .отнести наличие в них.микрополостей и пузырей, а также сильно развитую блочную структуру- (диаметр блоков до

1500 мм, разориентация между блоками

839324

3-5 ). Эти дефекты ленты исключают

0 возможность ее применения в качестве материала диэлектрических подложек для интегральных схем.

Известен формообразователь, предназначенный для выращивания кристаллов тугоплавких материалов, например сапфира, в виде лент.

Формообразователь представляет со- !О бой удлиненный брусок из тугоплавкого металла, например молибдена, с прямоугольным сеченйем и прорезью посередине, параллельной длинной стороне прямоугольника и доходящей 15 внизу до уровня основания. Р .ирина прорези должна обеспечивать капиллярный подъем расплава по прорези до верхнего .края формообразователя.

Расплав поступает в прорезь че- 20 рез отверстия, находящиеся вблизи основания.

К недостаткам формообразователя рассмотренной конструкции можно отнести следующйе: 2S

1. выращиваемые ленты сапфира имеют блочную структуру с углом разориентации блоков до 4

2. ленты ограничены по ширине

8-12 мм, 30

3. отсутствует возможность .варьирования толщиной ленты, задаваемой

I в данном случае шириной прорези, ограниченной условиями создания капиллярного эффекта, 4. заостренные;" верхние кромки, г формирующие поверхность ленты, в условиях высоких температур процесса (более 2000 С) становятся пластичными и деформируются при контакте с . затравкой или фронтом кристаллизации, что приводит к искажению заданного поперечного сечения ленты и ее поверхности.

Перечисленные недостатки исключа- 4 ют возможность получения монокрис таллических.сапфировых лент, удов" летворяющих современные требования их применения в производстве интег.ральных схем.

Наиболее близким к предложенному является формообразователь для выращивания монокристаллических лент тугоплавких окислов, вклюЧающий две симметрично расположенные пластины из тугоплавкого металла с капиллярным

15 . зазором между ними.

Прямоугольный сборный молибденовый формообразователь включает две плоских прямоугольных пластины, разделенные одна от другой капиллярным зазором, с помощью прокладок, скрепленных заклепками. Прокладки не доходят до нижнего края пластин, оставляя каналы для сообщения капиллярного зазора с расплавом.

В нижней части формообразователявыполнены два отверстия, с помощьн которых он насаживается на штыри в дне тигля и, тем самым, закрепляется в нем.

Процесс выращивания монокристаллической ленты сапфира с помощью сборного формообразования аналогичен вышеприведенным примерам. В данном случае формообразователь-прототип обеспечивает получение лент сапфира достаточно большой ширины — до 75 мм, требуемой толщины в пределах 0,3-3 мм и удовлетворительного качества. поверхности.

Однако существенным недостатком его, как и во всех предыдущих случаях, является блочная структура выращиваемых лент (с углом разориентации блоков до 4 ).

Причины возникновения блочной структуры заключаются в следующем.

Известно, что в рассматриваемом методе выращивания морфология гранииы раздела кристалл-расплав и связанное с ней количество и местонахождение источников генерации ступеней роста кристалла определяются формой верхней поверхности формообразовате" ля, в котором пластины с верхними горизонтальными торцами разделены капиллярным зазором. В этом случае фронт. кристаллизации имеет плоскую форму над торцами пластин и симметрично втянутую в зазор и оканчивающуюся гребнем. Центрами кристаллизации являются края ленты, и вершина гребня в середине ленты. В процессе роста толщина пленки расплава. между фронтом кристаллизации и поверхностью торцов пластин колеблется нз-за вибрации затравки и колебания таких параметров, как температура, скорость вытягивания и т.д.

Вследствие малой толщины этой пленки неизбежны соприкосновения локальных участков фронта кристаллизации с поверхностью торцов пластин.

Участки ленты, соприкасающиеся с пластинами, примораживаются к ним и, вследствие непрерывного движения лен839324

Образовавшийся расплав попадает .через нижние каналы в зазор между пластинамн и, благодаря капиллярному

55 эффекту, поднимается вверх по зазору и .заполняет верхний расширяющийся ты вверх, испытывают значительное растягивающее усилие, приводящее к их пластической деформации. Пластическую деформацию вызывает также кристалли- 1 зационное давление, возникающее при контакте растущего кристалла с инородным телом, в данном случае, торцами формообразователя. Наконец, пластическая деформация может возни- 10 кать при ударных нагрузках на кристалл вследствие соударения с поверхностью формообразователя при вибрации, Таким образом,,при вытягивании 15 ленты на фронте кристаллизации соседствуют ненапряженные участки иучастки, испытывающие пластическую деформацию, и вследствие этого, отклоняющиеся от заданной ориентации. От источников ростовых ступеней, находящихся на этих взаимно разориентированных.участках фронта кристаллизации, раетут взаимно разориентированные кристаллы, срастающиеся вместе в .один ленточный кристалл и разделенные грани- . цамн блоков (угол разориентации до

3-5 ). Цель изобретения .- улучшение структурного совершенства получаемых лент. ЗО

Поставленная цель достигается :тем, что верхние торцЫ пластик со стороны капиллярного зазора выполнены со скосами под углом 10-40 к вертикальной оси.

На фиг.1-3 изображены три .вида . (спереди, сбоку и сверху) предлагаемого формообразователя. .На фиг.4 — поперечный разрез формообраэователя с растущим кристаллом. 40

Формообразователь (см.фиг.1-3) включает в себя две симметрично расположенные пластины 1, верхние торцы ,которых со стороны капиллярного заа зора имеют скос под углом 10-40 45 к вертикальной оси. Пластины 1 отделены друг от друга капиллярным зазором 2 при помощи прокладок 3 и жестко соединены между собой заклепками 4. . Прокладки. 3 вверху доходят до нача- 50 ла расширения капиллярного зазора для формирования ленты по всей ширине пластин.1 и не доходят до нижнего края пластин, где оставлен канал 5 для поМ ступления расплава в капиллярный за зор 2.

Благодаря тому, что капиллярный зазор 2 плавно расширяется в верхней части формообразователя, фронт крис6 таллизации растущей ленты принимает островыпуклую форму с гребнем 6 (фиг.4).

В этом случае центром кристаллизации — источником ступеней роста, яв" ляется вершина гребня 6, а боковые источники роста отсутствуют. Сопри" . косновение крайних боковых участков фронта кристаллизации ленты 7 с заостренными концами торцов пластин 1 не исключается. Однако возникающая из-за пластической деформации раэориентация участков кристалла уже не может приводить к образованию протяженных малоугловых границ благодаря отсутствию боковых источников ступеней роста. Это позволяет получать монокристаллические ленты сапфира углами разориентации между блоками менее 0,5

Опытным. путем был найден диапазон углов заострения торцов, обеспечивающих достижение поставленной цели. о

При углах менее 10 заостренные края пластин настолько тонки, что после первых же процессов они деформируются.. Вследствие этого поверхность вытягиваемых лент значительно ухудшается и не удовлетворяет требованиям их применения в качестве исходного материала в производстве подложек для интегральных схем. При углах более

40 в вытягиваемых лентах появляется блочная структура,с ° углами разориентации 3-5, что противоречит поставк0 ленной пели.. Пример. Сборный молибденовый формообразователь шириной 60 мм и размером зазора 0,5 мм, состоящий иэ двух пластин толщиной 0,5 мм, заостренных с внутренней стороны под углом 20 к вертикали, располагают вертикально по центру тигля. Заполнив последний корундовой шихтой, помещают его в рабочую зону герметичной камеры, заполняют ее инертным газом . и разогревают тигель до полного расплавления шихты. участок прорези. В .этот обьем расплава опускают до соприкосновения ориен-. тированную затравку и после затравле %

39324

Корректор Н.Король

Техред ll.Îëèéíûê

Редактор М.Ленина

Заказ 770 Тираж 262 Подписное

ВНИИПО Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101

8 ния поднимают ее. Температуру в рабочей зоне и скорость вытягив ния под" бирают таким образом, чтобы кристалл в начале постепенно расширился и занял по ширине всю верхнюю поверхность формообразователя, а затем стабилизируют условия и выращивают ленту с постоянным поперечным сечением. В данном случае выращивают монокристаллическую сапфировую ленту шириной 60мм, толщиной 1,5 мм и длиной до 1000 мм, с углом разориентации между блоками менее 0,5

Принцип заострения торцов формообразователя может быть использован и для получения безблочных кристаллов других профилей, например сапфировых трубок, стрежней.

Описанный формообразователь по5 зволяет получать монокристаллические ленты сапфира с углами разориентации между блоками менее 0,5, заданной постоянной толщйной в пределах 0,71,5 мм, длиной до 1000 мм и шириной

60 и 76 мм. Указанные ленты отвечают современным требованиям микроэлектроники и могут заменить объемные монокристаллы в производстве подложек для интегральных схем. В этом случае будут резко снижены трудоемкость разрезания монокрнсталла на пластины и безвозвратные потери сапфира.