Технология полупроводникового кремния - Фалькевич Э.С.
ISBN 5-229-00740-0
Скачать (прямая ссылка):
Газообразный моносилан подается на очистку в куб через барботаж-ное устройство под слой жидкого моносилана, а затем попадает в ректификационную секцию колонны. Для обеспечения оптимальных условий массообмена в секции дополнительно часть паров поступает из испарителя.
Оптимальный перепад давлений в колонне поддерживается регулированием расхода жидкого моносилана, поступающего из куба в испаритель через регулирующий клапан. Испарение жидкого моносилана, попавшего в испаритель, осуществляется за счет подогрева с помощью электронагревателя. После очистки моносилан направляют на получение поликристаллического кремния термическим разложением.
Содержание примесей в очищенном моносилане ниже предела
209
Целевая фракция
Рис. 92. Колонна очистки моносилана от нижекипящих примесей: 1 — дефлегматор; 2 — тепловой мост; 3 — сосуд с жидким азотом; 4 — ректификационная часть
колонны; 5 — куб; 6 — барботажное устройство; 7 — испаритель; S — регулирующий клапан; HHK — нижекипящий компонент; BBK — вышекипящий компонент
обнаружения химико-спек-тральным, хроматографическим и другими известными методами. Косвенно по определению примесей в поликристаллическом кремнии можно считать, что содержание бора и фосфора в моносилане ~ IO-10 %.
5. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА КРЕМНИЙСОДЕРЖАЩИХ СОЕДИНЕНИИ
Анализ содержания микропримесей в три- и тетрахлорсилане, кварце и кремнии основан на использовании химико-спектрального метода определения примесей [127].
Сущность метода заключается в том, что кремний обычно с содержанием микропримесей IO-4-IO-5 % и кварц переводят в раствор, используя в первом случае плавиковую и азотную кислоту, во втором -плавиковую. Хлорсиланы подвергают гидролизу, а полученный гидрооксид кремния растворяют в плавиковой кислоте. Затем кремний отгоняют в виде тетрафторида, а остаток с примесями смешивают с графитовым порошком, на котором их концентрируют.
210
Полученный концентрат анализируют эмиссионным спектральным методом, сжигая пробу в электрической дуге постоянного тока. Этим методом определяют примеси в хлорсиланах с содержанием IO-8- IO'6 % (по массе). Чувствительность метода по бору 6 • IO'9 % (по массе). Метод требует высокой чистоты используемых реактивов и графита, специальной посуды и проведения контрольных опытов, которые вносят существенные поправки и значительно снижают потенциальные возможности этого способа. Анализ технического кремния проводят химическим методом.
Для определения молекулярного состава смесей хлорсиланов используют хроматографические методы анализа, позволяющие определить наличие три-, тетра- и дихлорсилана, моносилана, диметилхлор-силана, фосгена, метилхлорсиланов, полисиланхлоридов и др. в различных смесях хлорсиланов. Этим методом определяют состав конденсата-трихлорсилана, кубовых остатков и т.п.
Методика основана на методе газожидкостной хроматографии с программированием температуры. Используется хроматограф ”Цвет-100”, ХЛ-7 или аналогичные им по техническим характеристикам ' с детектором по теплопроводности. Пробу вводят из ампулы или шпри-цец. Используется также система программирования температуры термостата колонок. Длина хроматографической колонки 4 м, диаметр 2-4 мм.
Насадка хроматографической колонки представляет собой жидкую фазу (например, полиметилсилоксановые жидкости), нанесенную на твердый спланированный носитель (хроматрон или сферохром) размером 9,250— 0,315 мм. В качестве газа-носителя используют гелий высокой чистоты.
Идентификацию компонентов проводят по порядку выхода и по относительным удерживаемым объемам. На диаграммной ленте измеряют ширину и высоту пиков, а затем по рассчитанной площади пиков оценивают относительную концентрацию. Предварительно на стандартных смесях оценивают коэффициент относительной чувствительности. Предел обнаружения IO-1-10_3 % (по массе), ошибка ± 20 %.
При отборе проб трихлорсилана для проведения анализа, в процессе анализа, а также при получении и очистке три- и тетрахлорсилана происходит загрязнение их твердыми частицами (преимущественно продуктами гидролиза). Для снижения содержания взвешенных частиц в хлорсиланах часто используют отстаивание в течение 10-15 сут.
Оценку качества хлорсиланов по содержанию взвешенных частиц осуществляют автоматическим контролем на приборе, работа которого основана на фотоэлектрическом методе счета [128]. Метод позволяет определить частицы. размером 2-40 мкм в непрерывном потоке жидкого продукта с содержанием частиц в 1 л IO2- IO5.
211
Анализ моносилана на содержание элементов-примесей крайне затруднен. В настоящее время отсутствуют методы определения в нем примесей с такой же чувствительностью, как для хлорсиланов. Тем не менее отдельные примесные соединения (этилен, хлористый этил, ацетон, метиловый и этиловый спирты, бензол, тетра- и триэтокси-силан, п-бутан, метиловый и диметиловый эфиры, метан и т.п.) в газообразном моносилане можно определить газохроматографическим и масс-спектрометрическим (в лабораторных условиях) методами.
Поскольку моносилан термически нестойкое вещество,. требуются специальные приемы, обеспечивающие фиксацию детекторами, работающими при высоких температурах. При попадании в высокотемпературные детекторы моносилан может частично разложиться или образовать оксиды кремния при взаимодействии с остатками кислорода в системе анализа, поэтому к аналитической системе предъявляются специфические требования. Наличие твердых продуктов реакции разложения или окисления моносилана снижает чувствительность фиксирующего устройства. 4
