Технология полупроводникового кремния - Фалькевич Э.С.
ISBN 5-229-00740-0
Скачать (прямая ссылка):
Увеличение потребления изделий электронной техники привело к росту выпуска кремниевых приборов и связанному с этим росту производства поли- и монокристаллического кремния.
Производственные мощности во всем мире (кроме СССР) по выпуску монокристаллического кремния достигли в 1990 г. уровня ~ 10 тыс. т. Следует отметить, что темпы роста выпуска полупроводникового кремния на протяжении всей истории его промышленного производства были высокими (за исключением небольших периодов в 1-2 года) и составляли ежегодно 20-30 %. По прогнозам, такой темп роста производства должен сохраниться до 2000 г.
Одновременно с возрастанием производства полупроводникового кремния растут требования к его чистоте, структурному совершенству монокристаллов и улучшению их однородности. Это приводит к необходимости расширять и углублять знания как свойств кристаллов кремния, так и технологических процессов его получения.
Несмотря на большое значение полупроводникового кремния, книги с достаточно полным описанием технологии его получения не издавались, за исключением книги Реньяна [1], которая во многом устарел^, и в ней в основном изложены металлургические процессы технологии кремния. В работах [2- 8] описаны процессы роста кристаллов кремния, химические процессы технологии, свойства кремния, однако эти работы лишь частично отражают современное состояние в данной отрасли и труднодоступны. Между тем накопленный большой опыт промышленного производства кремния, а также результаты работ по изучению его свойств нуждаются в обобщении и систематизации. Кроме того, ввод в эксплуатацию новых мощностей по получению поли- и монокристал-
4
лического кремния и промежуточных продуктов его производства увеличивает число специалистов, которые особенно нуждаются в книге, где были бы описаны технология кремния и используемое оборудование.
Предлагаемая книга написана на основе многолетнего опыта работы авторов в области производства кремния на Запорожском титаномагниевом комбинате, опыта других отечественных и зарубежных предприятий, а также многочисленных публикаций по рассматриваемому вопросу.
Авторы выражают искреннюю благодарность JI.E. Березенко, Т.В. Критской, Э.Г. Шейхету, А.Г. Петрику, В.Е. Бевзу за полезные замечания, сделанные ими при обсуждении рукописи, а также З.А. Поповой, МЛО. Мучник, В.В. Глух за помощь при подготовке и оформлении рукописи. Особенно признательны авторы рецензенту докт. хим. наук проф. В.Б. Уфимцеву за ценные замечания, которые были учтены при подготовке рукописи.
Авторы с благодарностью примут критические замечания читателей по содержанию книги.
Глава I. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО КРЕМНИЯ
Технологические операции производства полупроводникового кремния связаны с извлечением его из различных соединений, очисткой от сопутствующих примесей и формированием необходимых свойств. На этом пути атомы кремния вступают в различные химические реакции, оказываются то в газовой, то в жидкой среде и, наконец, в составе чистейших твердых кристаллов. На каждом этапе технологической цепи происходят процессы, связанные с взаимодействием атомов и молекул, образование различных соединений, отделение сопутствующих атомов от агрегатного кремния и далее определенное легирование конечного продукта. Кроме того, конечный продукт должен соответствовать конкретным требованиям к совершенству структуры, наличию либо отсутствию определенных дефектов в атомном строении твердого кремния. На каждом этапе происходит процесс, который подлежит строгому контролю и требует глубокого понимания его механизма. Этот механизм определяется двумя факторами: кинетической энергией поступательного движения молекул (атомов) и потенциальной энергией их взаимодействия.
1. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О СТРОЕНИИ ВЕЩЕСТВ
В процессе производства вещество может пребывать в трех агрегатных состояниях: газообразном, жидком и твердом. Переход из одного состояния в другое для данной массы вещества совершается при изменении давления P и температуры Т. Кроме того, такие же превращения могут происходить при добавлении молекул либо атомов другого вещества за счет изменения концентрации С. Прежде чем перейти к анализу процесса перехода из одного состояния в другое, рассмотрим, чем отличается строение вещества в различных состояниях.
Энергия взаимодействия и поступательного движения
Строение вещества определяется характером движения и взаимодействия частиц, из которых оно состоит. Движение можно характеризовать скоростью поступательного перемещения в различных направлениях и вращения вокруг различных осей (в зависимости от конфигурации частицы). Эти виды движения принимаются за степени свободы. Так, атом может иметь только три степени свободы - три направления поступательного движения вдоль трех направлений осей координат. Молекулы, состоящие из нескольких атомов, могут обладать еще тремя степенями свободы благодаря возможности вращения вокруг осей симметрии.
6
Рис. 1. Схема межатомного взаимодействия: о — силы взаимодействия /; б — потенциальная энергия