Технология полупроводникового кремния - Фалькевич Э.С.
ISBN 5-229-00740-0
Скачать (прямая ссылка):
Состав колошникового газа, %: CO 85-90, COa 4-5, О2 0,2-0,8; CH4 1-2, H2 1-3, N2 2-3, H2O до 1.
Зона твердых шихтовых материалов занимает довольно большое пространство в объеме печи между электродами в центре ванны, глубоко проникает в нижнюю часть ванны, а у стенок футеровок образует гарнисаж.
Зона расплавленных продуктов расположена в нижней части под-электродного пространства на, подине, в ней сосредоточиваются кремний и шлакокарбидная смесь.
При непрерывном выпуске количество накапливаемого в печи расплавленного кремния невелико. Количество образующегося шлака на
1 т Si составляет в среднем 20-30 кг. Шлак имеет большую вязкость, близкую к вязкости кремния, поэтому они трудно разделимы.
Извлечение кремния достигает 80-85 %. Значительная его часть (до 20 %) теряется в виде моно- и диоксида кремния, пыли кремния* уносимых с газами; ~ 0,5 % теряется со шлаком и 0,2-0,3 % с отходами
144
при разделке готовой продукции. Большое количество кремнезема в виде пыли уносится из печи колошниковым газом (1,4-1,8 г/м3).
Кремний и шлак составляют всего 25 % от массы заданных на плавку материалов. Остальная доля приходится на колошниковый газ. Химический состав шлака, образующегося при плавке кремния, %: SiO2 30-50; SiC 8-11; Si 4-6; MgO 0,25-0,35; Al2O3 23-29; CaO 13-24; FeO 0,15-0,22. В кремний переходит из шихты 50-59 % Al, 35-40 % Ca, 29-31 % Mg.
На 1 т кристаллического Si расходуется 2,5-2,6 т кварцита, 1,2— 1,35 т древесного угля, 0,14-0,16 т нефтяного кокса и 0,2-0,25 т концентрата газового угля.
Кремний из печи выпускают в изложницу, футерованную угольными блоками. После того как слиток кремния остыл, его направляют на дробление и чистку.
Раздробленный на решетке с помощью пневмомолота до кусков 250-290 мм кремний проходит через решетку и поступает в приемную воронку вибропитателя, который подает его на ленту разделочного конвейера. На конвейере куски кремния сортируют по количеству видимых вкраплений шлака и приварившихся брызг от расплава при разливке и сбрасывают в кюбеля.
Для оценки качества во время выпуска отбирают пробы кремния от струи выходящего расплава через каждые 30 мин. Из отобранных проб составляют среднюю, которую подвергают спектральному анализу на содержание железа, алюминия, кальция. По результатам анализа устанавливают марку выпущенного в результате каждой плавки кремния. Из плавок кремния одной марки формируют партии для отгрузки потребителю.
В последнее время повышается спрос на кристаллический кремний с низким содержанием примесей (особенно кальция и алюминия), что в свою очередь требует Использования высококачественных исходных сырьевых материалов.
В табл. 5 показано, какая доля поступления примесей в кремний приходится на сырьевой материал и углеродистые восстановители1. Углеродистый восстановитель обычно состоит из древесного угля (75-80 %), нефтяного кокса (8-10 %) и каменного угля (13-14 %).
По качественному составу и количеству примесей технический кремний, производимый в СССР и зарубежными фирмами, не имеет существенного различия.
Улучшить характеристики кристаллического кремния можно также, используя брикетированную или окатанную шихту, состоящую из квар-
1 По данным ВАМИ.
145
Таблица 5. Поступление примесей в кремний из сырьевых материалов и восстановителя
Примесный элемент, % (отн.)
Сырьевой материал Fe Al Ca Ti P в
Кварцит 55,0 59,5 9,1 80,0 14,3 43,5
Древесный уголь . 5,0 7,6 84,9 8,0 77,4 51,9
Нефтяной кокс . . 12,3 2,6 3,0 - 1,0 1,4
Каменный уголь . 24,6 30,3 3,0 12,0 7,3 2,9
Электроды графитовые — 0,3
Инструмент 3,1 — — —
Итого 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0
цевого песка, нефтяного кокса и углеродистой сажи. Восстановление в брикете (окатыше) протекает в основном в твердой фазе.
При измельчении материалов в значительной мере изменяются сорбционные характеристики и реакционная способность, снижается энергия активации ряда процессов, что способствует получению технического кремния высокого качества.
В полупроводниковой промышленности к кристаллическому кремнию предъявляются некоторые специфические требования, связанные с тем, что, например, железо и медь способствуют протеканию целевых химических реакций, фосфор, бор, углерод очень трудно отделяются при химической и металлургической очистке на всех стадиях техно-, логического процесса, а алюминий и кальций в больших количествах ухудшают работу на тех переделах, где получают хлорсиланы. В то же время при определенном соотношении железа и алюминия улучшаются условия очистки.
3. ПОЛУЧЕНИЕ СИЛАНОВ
Технологические особенности процессов, связанных с получением полупроводникового кремния, во многом определяются свойствами силанов.
Свойства силонов
Наиболее полно в отечественной литературе свойства силанов описаны в работах [95, 96]. Физико-химические свойства силанов, используемых при промышленном производстве полупроводникового кремния,
следующие:
SiCl4 SiHCl3 SiH2Cl2 SiH4
Молекулярная масса 169,90 135,45 100,98 32,12
