Технология полупроводникового кремния - Фалькевич Э.С.
ISBN 5-229-00740-0
Скачать (прямая ссылка):
Назначение блока электропитания - подвод электрической мощности к стержням кремния и обеспечение необходимой температуры осаждения. Блок управления позволяет поддерживать оптимальные параметры процесса.
Применяют реакторы либо с кварцевым, либо с металлическим колпаком.
По данным работы [137], до 80 % производимого в мире поликристал-лического кремния изготавливали в реакторах с кварцевым колпаком конструкции фирмы ’’Сименс”. Схемы такого реактора приведена на рис. 95 [137,.138]. В пространство между наружным металлическим автоклавом и кварцевым реактором (колпаком) подается инертный газ, который прижимает кварцевый колпак к поддону и обеспечивает герметичность реакционного пространства. Основание реактора (поддон) покрыто слоем серебра; токовводы также изготавливают из серебра. Для уменьшения воздействия реакционных газов основание реактора дополнительно покрывают слоем кварцевых пластин.
Использование в конструктивных элементах реактора таких материалов, как кварц, серебро, высокочистый графит, обеспечивает высокое качество получаемого поликристаллического кремния.
В реакторах из кварца удается получать кремниевые, стержни до
2 м длины и диаметром до 0,18 м, при этом скорость осаждения кремния составляет 0,3-0,4 кг/ч (при использовании в качестве исходного сырья трихлорсилана); расход электроэнергии 430- 540 МДж/кг.
Основной трудностью при эксплуатации реакторов из кварца является создание условий равномерного охлаждения колпака во время осаждения кремния. Кроме этого, на стенках колпака осаждается тонкий слой кремния, который затрудняет контроль процесса. В связи с этим через определенное время колпак необходимо снимать и чистить. Существенными недостатками кварцевых колпаков являются их высокая стоимость и низкая механическая прочность.
Созданы устройства1 безопасности, которые предохраняют кварцевый колпак от разрушения при изменении давления. Габариты производимых в настоящее время кварцевых колпаков ограничивают размеры реакционной камеры и число стержней в реакторе водородного восстановления трихлорсилана. Вследствие этого в современной технологии получения поликристаллического кремния все большее распространение получают реакторы с металлической водоохлаждаемой камерой. По данным, полученным в работе [139], содержание микроприме-сей в кремнии, получаемом в металлическом водоохлаждаемом реакторе, не выше, чем в кремнии, получаемом в реакторе из кварца, хотя расход электроэнергии несколько больше (до 720- 980 МДж/кг).
1 Пат. 2359563. ФРГ. 1978; 2324365. ФРГ. 1974.
217
P
Рис. 95. Реактор для получения кремниевых стержней по технологии фирмы "Сименс”:
1 — труба для вывода абгазов; 2 — серебряное покрытие; 3 — токовводы; 4 — металлическое основание; 5 — иллюминатор; 6 — кремниевый стержень; 7 — манометр; 8 — патрубок подачи уплотняющего газа; S — кварцевый колпак; 70 — автоклав; U — кремниевые стержни-подложки; І.2 — фланец кварцевого колпака; — металлический поддон; 14 — кольцевое резиновое уплотнение; 15 — сопло для подачи паро-газовой смеси
Рис. 96. Металлический водоохлаждаемый реактор фирмы "Ваккер" (ФРГ):
J — патрубки для подачи и отвода паро-газовой смеси; 2 — патрубок для подвода охлаждающей воды; 3 — штуцер для отвода воды; 4, 27 - отводящий и подводящий штуцеры для охлаждающей воды; 5 — металлическое основание, покрытое серебром; 6 — контакты для подвода электрической мощности; 7, 10 — ввод и вывод воды для охлаждения реактора;
U — охлаждающий горшок; 12 — штуцеры для охлаждающей воды; 13 — штуцер для вывода газа; 14 — штуцер для подачи аргона; 15 — стальная цилиндрическая рубашка; 16 — охлаждающая рубашка; 17 — электрическая спираль; 18 — кварцевый цилиндр; 19 — подача и • отвод охлаждающей воды; 20 — шибер; 21 — горловина; 22 — наружная стальная рубашка; , 23 — внутренняя рубашка реактора; 24 — кремниевый мост; 25 — подвод и отвод воды для V охлаждения; 26 — кварцевый иллюминатор
На рис. 96 представлена принципиальная схема металлического водоохлаждаемого реактора, запатентованного фирмой ’’Вакер” (ФРГ).
Подобная конструкция реактора1 дает возможность получать стержни диаметром до 0,2 м и длиной до 2 м. Скорость осаждения кремния при этом достигает 5,4 кг/ч.
Описана также модификация реактора фирмы ’’Динамит Нобель”2, в котором реакционная камера охлаждается с помощью масла, а стенки камеры зеркально отполированы. Такая конструкция позволяет исключить вероятность попадания влаги в реакционный объем и возникновение вследствие этого аварийной ситуации, а также способствует снижению энергозатрат. Расход электроэнергии при этом 5S 250 МДж/кг.
Для получения равномерного теплового поля в реакторе и производства плотных стержней кремния большого диаметра с мелкокристаллической структурой стремятся создать такой реактор, чтобы стержни как можно дальше отстояли друг от друга. Для снижения теплового воздействия предложено между стержнями устанавливать экран3, покрывать внутреннюю поверхность реактора слоем золота или серебра4 и др. Благодаря этому снижается разность температур между периферийной и центральной частями реактора и улучшается геометрия стержней.
