Технология полупроводникового кремния - Фалькевич Э.С.
ISBN 5-229-00740-0
Скачать (прямая ссылка):
Процесс осаждения кремния термическим разложением силана включает ряд вспомогательных операций, от успешного выполнения которых в значительной мере зависит качество получаемых кремниевых стержней.
Перед установкой кремниевых прутков-основ в охлаждающую рубашку реактора подают под избыточным давлением хладагент, а реактор вакуумируют. Затем реактор продувают азотом, разгерметизируют, проводят внутренний осмотр. Наличие микротечей не допускается. Далее проводят монтаж кремниевых прутков-основ, проверяют изоляцию токовводов. Затем собирают аппарат, вакуумируют, продувают водородом с одновременной опрессовкой реактора. В выводимом из реактора водороде определяют содержание кислорода для контроля полноты продувки реакционного пространства. Как правило, содержание кислорода должно быть < 0,001 %.
250
Рис. 115. Изменение расхода Q -10~3,м3/ч
силана Q с увеличением диа- т
метра растущего стержня d 150 .о ITrt- пип
для промышленного реактора V-
(программа подачи)
100 у*
50
/7 I I I J I 1 L -J
6 16 26 36 46 56 66 d-10's,M
Стартовый разогрев пруткрв-основ проводят обычно высоковольтным пробоем либо с помощью предварительно нагретого технологического газа с одновременным подводом к пруткам напряжения 1000 В.
После разогрева прутков их либо прокаливают в атмосфере водорода, либо травят хлористым водородом. Затем устанавливают рабочую температуру (обычно 1123-1173 К), и в реактор подают силан. Расход силана в течение процесса меняют по специальной программе, которая учитывает повышение температуры в объеме реактора с ростом диаметра стержней и увеличение поверхности осаждения. Наряду с обеспечением приемлемой скорости осаждений кремния задача программированного расхода силана состоит и в том, чтобы избежать образования порошка полисиланов в объеме реактора. На рис. 115 представлена одна из программ, используемых на промышленных реакторах.
Для уменьшения вероятности образования порошка полисиланов предлагается1 наряду с силаном в реактор цодавать галогенсиланы (SiHaCl, SiH2Cl2, SiHCl3, SiCl4) в количестве 0,1 - 20,0 %.
Однако такой технологический прием требует весьма высокой чистоты галогенсиланов, которая не должна уступать чистоте силана.
Предлагалось1 также большую часть {> 20 м3 на 1 кг осажденного кремния за 1 ч) выходящей из реактора реакционной смеси рецикли-ровать в реактор разложения. Благодаря этому температура газовой смеси в объеме реактора < 573 К и образования порошка полисиланов практически не происходит. Наряду с этим достигается скорость до 1,25 кг/(м2 • ч) и можно получать стержни кремния диам. до 0,12 м. Расход электроэнергии при этом <340 МДж на 1 кг осажденного кремния.
По достижении необходимого диаметра стержней подачу силана в реактор прекращают, снимают токовую нагрузку со стержней, затем вакуумируют реактор, продувают его водородом и азотом. Аппарат разгерметизируют, стержни разгружают и подвергают контролю.
1 Пат. 4559219. США. 1985.
251
W
Внутреннюю поверхность реактора, покрытую слоем полисиланов, обрабатывают водяным паром, затем насухо вытирают. Далее процесс осаждения повторяют вновь.
Тенденции и перспективы получения кристаллического 1
кремния методом термического разложения силана
При термическом разложении силана получают кремниевые стержни высокой чистоты.
Так, в 1975 г. сообщалось [164] о выпуске фирмой "Коматсу” 100 кг за 1 месяц кремния с содержанием примесей ^ 0,001ррЬ (~ ЗХ XlO11 ат/см3). Процесс предусматривал очистку силана перед осаждением на специально модифицированных цеолитах. Однако в йастоящее время существует потребность в кремнии еще большей чистоты, например для ИК-детекторов и мощных приборов для электромагнитных Пусковых установок. Поэтому ведутся исследования, которые ставят своей целью получить термическим разложением силана кремний с содержанием бора и фосфора до 0,0002 ppb (1 • IO10 ат/см3).
Серьезным недостатком метода термического разложения силана, ограничивающим его повсеместное применение, являются относительно низкая Vyn кремния [обычнр < 0,4 кг/(м2 • ч)] и относительно высокая энергоемкость. В связи с этим силановый метод, позволяющий эффективно решать задачу получения весьма чистого кремния, в то же время является дорогим, когда речь идет о получении кремния обычного электронного качества.
Поэтому в настоящее время наряду с поисками недорогих методов синтеза силана ведутся исследования по получению из него кремния С высокой производительностью. В частности, описаны [165] методы получения кремния в кипящем слое, состоящем из частиц кремния, средний размер которых ~ 25 нм. Этот слой взаимодействует со смешанным потоком силана и рециклируемого водорода. В результате пиролиза силана кремний осаждается на частицы, а водород выводится из слоя. Процесс проводят при 550-1273 К.
По мере разложения силана частицы кремния увеличиваются до 40 нм, опускаются из кипящего слоя и собираются в стандартный сепаратор, расположенный под реактором пиролиза. В дальнейшем частицы можно использовать для выращивания монокристаллов вытягиванием из тигля.