Технология полупроводникового кремния - Фалькевич Э.С.
ISBN 5-229-00740-0
Скачать (прямая ссылка):
Чувствительность хроматографического анализа моносилана на летучие неорганические гидриды (фосфин, диборан и др.) составляет
I - IO-3-8- IO-3 %, что гораздо выше фактического их содержания в J моносилане особой чистоты.
В качестве фиксирующего устройства хроматографов используют | катарометр на термисторах, пламенно-ионизационный детектор и др.
При хроматографическом анализе моносилана на содержание органических примесей в качестве фиксирующего устройства используют пламенно-ионизационный детектор. Анализ проводится на хроматогра- ' фической установке, собранной на основе промышленного хроматогра- !/ фа ’’Цвет”. В форколонке привода моносилан отделяется от примесей и выводится из системы на обезвреживание. Примеси из форколонки ; улавливаются в низкотемпературной ловушке, откуда после размораживания подаются в аналитическую колонку.
Воспроизводимость анализа проверяют по стандартным пробам индивидуальных веществ и на смесях при различных посадках пробы. При содержании в смеси органических веществ IO-2-IO'4 % (объемн.) ошибка составляет 2-3 % [117].
Несмотря на определенный прогресс аналитических методов анализа, в большинстве случаев содержание примесей в очищенных хлорсиланах и моносилане все же оказывается ниже чувствительности этих методов. Поэтому широко применяются косвенные методы. К ним относятся метод замера удельного электрического сопротивления (УЭС) эпитак- ¦ сальных слоев, выращенных с использованием, контролируемого ; хлорсилана (моносилана), кварц-тест, метод определения УЭС моно- или ' поликристалла, полученного в процессе одно- и многопроходной бести- ;
212
гельной зонной плавки. Кроме этого, определив ИК-спектроскопией содержание в монокристаллах кремния углерода, бора и других примесей, можно косвенно судить о содержании этих элементов в ХЛор-силанах и моносилане.
Из указанных методов анализа чистоты хлорсиланов наибольшее распространение получил разработанный фирмой ’’Сименс” (ФРГ) метод кварц-тест, сущность которого заключается в следующем.
В стерильных условиях проба хлорсилана испаряется и потоком водорода переносится в кварцевый реактор, в котором помещен пруток монокристаллического кремния диам. 7 мм, нагреваемый до температуры 1453-1473 К токами высокой частоты (индукционный нагрев). На кремниевом прутке за счет реакции водородного восстановления хлорсилана из газовой фазы осаждается монокристаллический слой кремния.
Осаждение кремния прбводят обычно при мольном соотношении трихлорсилан - водород в пределах 1:12 - 1:15. Длительность процесса, включая все вспомогательные операции, составляет 5-6 ч. При этом получают монокристаллы кремния диам. 14-16 мм. Затем на гранях монокристалла измеряют УЭС и тип проводимости; УЭС является показателем качества трихлорсилана.
Например, по данным фирмы ’’Ваккер” (ФРГ), трихлорсилан, обеспечивающий получение монокристалла кремния методом кварц-тест с показателями > 2000 Ом • см п-типа проводимости или ^ 5000 Ом • см p-типа проводимости, дает возможность гарантированно получать поликристаллический кремний с уровнем по бору > 3000 Ом • см и уровнем доноров 5* 300 Ом • см.
Глава IV. ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ КРЕМНИЕВЫХ СТЕРЖНЕЙ
Ранее уже указывалось, что для производства поликристалличёских кремниевых стержней наибольшее промышленное распространение получили методы водородного восстановления хлорсиланов и термического разложения силана.
1. ПОЛУЧЕНИЕ КРЕМНИЕВЫХ СТЕРЖНЕЙ В ПРОЦЕССЕ ВОДОРОДНОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ ХЛОРСИЛАНОВ
Физико-химические основы водородного восстановления хлорсиланов
Температура начала образования кремния в процессе водородного восстановления трихлорсилана 1073-1173 К. Процесс водородного
213
восстановления хлорсиланов обычно осуществляют при температурах стержней-подложек 1273-1473 К.
Согласно термодинамическим расчетам [129] в процессе осаждения происходят следующие реакции:
SiHCl3 tt i/2Si + l/2SiCl4 + HCl; SiHCl3 a SiCl2 + HCl;
SiCl4 + H2 ^ SiHCl3 + HCl; SiCl2 * l/2Si + l/2SiCl4;
SiCl4 + H2 * Si + 2HC1.
Здесь приведены фактически все соединения системы Si-H-Cl, которые экспериментально были обнаружены в газовой фазе при осаждении кремния; Для инженерных расчетов обычно используют следующие реакции:
SiHCl3 + H2 -1- Si + ЗНС1; 4SiHCl3 -> Si + 3SiCl4 + 2Н2.
Зависимость извлечения кремния от мольного отношения H2: SiHCl3 при 1323 К приведена на рис. 93.
Теоретически максимально возможное извлечение кремния из трихлорсилана ~ 60 % при H2: SiHCl3 = 60:1. Однако на практике в таком диапазоне температур и мольных отношений, как правило, не работают из-за низких скоростей осаждения. Кроме того, повышение мольного отношения H2: SiHCl3 и увеличение температуры всегда приводят к развитию и укрупнению дендритов.
Обычно стремятся проводить процесс при H2: SiHCl3 < 15:1 и температуре < 1300 К хотя бы потому, что при этих параметрах процесса удается достичь высоких скоростей осаждения, а выходящие из реактора абгазы, содержащие непрореагировавшие хлорсиланы, легче конденсировать и регенерировать.
