Технология полупроводникового кремния - Фалькевич Э.С.
ISBN 5-229-00740-0
Скачать (прямая ссылка):
Вследствие гидродинамических неоднородностей возможны случаи, когда, несмотря на избыток водорода, возможно попадание группы ОН в осажденные слои до концентрации 30-50 ррт.
Поскольку повышение содержания группы ОН' в тигле снижает температуру начала его размягчения, управление составом кварцевого стекла и уменьшение в нем гидроксильных групп имеет большое значение в технологии кварцевых тиглей.
Содержание микропримесей в заготовках из спеченного диоксида
кремния, по данным спектрального анализа, следующее, IO-7 % (по массе):
Рис. 128. Зависимость коэффициента извлечения от расхода водорода (О и кислорода (2)
274
і-----1-----і_____I____I____I
8 10 12 WQnltM3Zv
Al Mn Fe Ca Ti Cu В
100/200 5/7 60/80 80/100 20/20 1/2 1,5/5,0
Примечание. В числителе — напыление на кремниевый формообразователь, в знаменателе — иа формообразователь из силицированного графита.
Как видно из приведенных данных, загрязнение заготовок при использовании силицированного графита в 1,5-2 раза выше. Применение кремниевых формообразователей положительно сказывается на качестве спеченных заготовок для кварцевых тиглей. Срок службы формообразователей, изготовленных на основе кремния, в ~ 5 раз больше, чем из силицированного графита.
Заготовки из спеченного диоксида кремния помещают в печь остекловывания, где подвергают термической обработке и спеканию, в результате образуется тигель из синтетического кварцевого стекла (рис. 129).
Напыленную заготовку помещают на графитовую форму, наружные размеры которой соответствуют внутренним размерам будущего тигля, и загружают в форкамеру. Из форкамеры откачивают воздух, и заготовка перемещается в зону печи, откуда в помощью привода подается в зону нагревателя, разогретого до 2200-2300 К. Нагреватель и заготовка в зоне нагревателя защищены от, металлических частей печи системой экранов.
Длительность процесса остекловывания зависит от температуры (1953-2023 К) и диаметра тигля. Остекловывание осуществляется на графитовой оправке, наружный диаметр которой равен внутреннему диаметру тигля.
В процессе термической обработки частично удаляется адсорбированная вода. Константу скорости реакции удаления воды К можно найти из выражения; InAr = - 7468,62/ T + 2,37.
Энергия активации этой реакции, протекающей по закону реакций первого порядка, 62132 Дж/моль. При проведении термической обработки в интенсивном режиме (рис. 130) концентрация группы ОН‘ уменьшается за 20 мин в 10 раз по сравнению с исходной концентрацией перед процессом остекловывания, а в обычном режиме - за 60 мин. Из этого следует, что концентрацией группы ОН' можно управлять. Практически ее удается довести до 0,1-0,01 ррт.
Графит представляет собой одну из аллотропических форм углерода. Природный графит часто загрязнен другими элементами (до 20 %), поэтому для нужд полупроводниковой техники используют искусственный графит высокой чистоты, для производства которого применяют в основном нефтяной кокс как наполнитель и каменноугольный пек как связующее. В качестве добавок к наполнителю применяют природный графит и сажу. Иногда в качестве связующего используют некото-
275
Рис. 129. Установка для термической обработки напыленных заготовок из диоксида кремния:
1 — заготовка; 2 — форкамера; 3,4 — экраны; 5 — нагреватель; S - привод
рые синтетические смолы, например фурановые и фенольные. Производство искусственного графита состоит из ряда механических операций (дробления, размола, рассева по фракциям, смешения кокса со связующими, формовки заготовок) и термических отжигов при различных температуре и длительности. Графитация - окончательная термическая обработка, превращающая углеродный материал в графит, проводится при 3000-3273 К.
Графит взаимодействует с концентрированной азотной кислотой,-с некоторыми металлами (железо, бор, кремний, вольфрам и др.) при высоких температурах образует карбиды. При высоких 670-770 К) температурах графит, окисляясь кислородом воздуха, сгорает.
276
Рис. 130. Изменение относительной концентрации группы ОН' в синтетическом кварцевом стекле в зависимости от времени термической обработки при интенсивном (І) и обычиом (2) режимах
In Со/С
Графит как конструкционный материал занимает особое место в установках для выращивания монокристаллов кремния по Чохральско-му: все детали теплового узла изготаливаются из спектрально чистого графита. Графитовые детали перед процессами выращивания подвергают высокотемпературному отжигу при 1873 К в вакууме или потоке инертного газа при давлении < 1,33-IO3 Па. Так как графитовые детали TennoBoro1 узла в процессе работы сорбируют различные примеси, эти детали периодически отжигают в вакууме.
Для получения монокристаллов кремния применяют детали, изготовленные из графита особой чистоты по ТУ 48-20-90-82:
Марка графита р (ие менее), кг/м Ocx (не менее), ГМЗ ппг ЗОПГ МГ МГ-1 МПГ-6*
1650 1700 1800 1500 1650 1720/1630-1720
МПа 24,5 34,3 44,1 19,6 34,3 78,4/58,8
УЭС, мкОм • м 7—13 6-11 6-10 - 9-15 10-16/10-16
* В числителе — высший сорт, в знаменателе — первый сорт.
