Технология полупроводникового кремния - Фалькевич Э.С.
ISBN 5-229-00740-0
Скачать (прямая ссылка):
Начальное и текущее значения диаметра стержня могут определяться по величине подводимой электрической мощности (тока) с использованием полученных ранее для каждого типа реактора экспериментальных зависимостей: Dit = Д/и, Pt), где Dit - диаметр стержня при заданной температуре поверхности; Ik - ток нагрузки; Pt - электрическая мощность (рис. ЮЗ). Для определения диаметра стержней используют также оптические приборы.
Определяя диаметр кремниевых стержней, можно управлять процессом осаждения, задаваясь величиной удельной скорости осаждения Vyfl и коэффициентом извлечения п из хлорсилана [148]. В промышленной практике подачу реагентов (хлорсиланов, водорода) в реактор рассчитывают исходя из текущего диаметра стержней и общей длины стержней в реакторе.
Рассчитанная программа подачи исходных веществ в реактор обычно может быть изображена в виде прямой линии. Экспериментальное значение УуД, как правило, отличается от расчетного и существенным образом зависит от характера теплообмена в реакционном пространстве. Для более точного учета этих зависимостей программу подачи исходных веществ рекомендуется разбивать на ряд горизонтальных площадок и вести постоянную подачу исходных веществ в течение заданного времени, определяемого экспериментально (рис. 104, 105).
Если программирование ведется по площадям, находящимся нар линией расчетной программы, то в этом случае сохраняется предель-
234
Рис. 103. Зависимость подводимой электрической мощности (1, 2, 3) и электрического тока (12', 3') от диаметра кремниевого стержня при температуре, К:
1,1'~ 1323; 2, 2’ -1373; 3,3'-1423
QuM/М
Рис. 104. Программирование подачи трихлорсилана в реактор в зависимости от продолжительности процесса т
ная УуД. Однако извлечение будет обязательно ниже величины, полученной из термодинамических расчетов, т.е. в любой момент времени расход сырья будет превышать величину, требуемую программой. Если программирование ведется по площадям, находящимся под линией расчетной программы, с тем, чтобы коэффициент извлечения кремния был максимальным и близким к расчетному, то Vyn может стать меньше ожидаемой (расчетной), т.е. производительность процесса в любой момент времени будет меньше, чем требуется по программе. Остановимся еще на одном важном моменте. Для повышения эконо-
235
Рис. 105. Зависимость удельной скорости осаждения Vyn и извлечения кремния
1I от плотности подачи трихлорсила-HaRf
мичности процесса обычно подбирают такие условия, которые позволяют получать высокий ВЫХОД кремния и приемлемую скорость его осаждения.
Оба эти параметра в известной мере зависят от температуры кремниевых стержней, химического состава и скорости потока паро-газовой смеси, поверхности и объема кремниевых стержней, а для металлических реакторов и от образования полихлорсиланов на стенках камеры. Немаловажное значение при подборе программы расходов реагентов имеет и учет обстоятельства работы реактора в совокупности с блоком конденсации абгазов. Задача оптимального проведения процесса осаждения сводится, таким образом, к нахождению уравнений взаимосвязи между входными и выходными параметрами процесса. Для этого целесообразно использовать математические методы с проведением активного эксперимента и последующей опытной проверкой данных.
Важным условием получения кремния с необходимыми техникоэкономическими показателями является точное соблюдение персоналом расходов хлорсиланов и водорода. Отклонение от программы расходов реагентов приводит наряду с ухудшением технико-экономических показателей и к различным технологическим нарушениям, влияющим на качество полученных стержней. Например, повышение температуры поверхности стержней, снижение расхода трихлорсилана могут привести к увеличению размеров дендритов (зерен), а уменьшение мольного соотношения H2: SiHCl3- к появлению высокодисперсного порошка кремния 1 в объеме реактора из-за увеличения доли химических реакций в газовой фазе. Поверхность порошка, как правило, обогащена примесями и, попадая на стержни кремния, порошок локально загрязняет их. При последующей плавке стержней, загрязненных порошком кремния, отмечаются вскипание и выброс расплава, а получение монокристалла крайне затруднено.
1 Структура порошка представляет собой ядро кристаллического кремния с адсорбированным слоем полисиланхлоридов.
Цд,*г/(мг-Ч) т?,%
236
Влияние технологических параметров и конструкции реактора. на процесс осаждения
В промышленном производстве наибольшее распространение получили многостержневые реакторы. Поэтому рассмотрим некоторые закономерности конкретно для таких реакторов, используя которые можно подобрать оптимальный технологический режим.
При применении трихлорсилана скорость осаждения кремния в диапазоне температур 1273-1473 К остается практически постоянной. Для тетрахлорсилана скорость осаждения растет с повышением температуры. Увеличение выхода кремния также растет с повышением температуры (см. рис. 94). При проведении процессов в опытном реакторе установлено [134], что с увеличением концентрации тетрахлорсилана в исходной паро-газовой смеси скорость осаждения кремния вначале растет, затем после достижения максимума начинает падать из-за протекания процессов травления кремния (рис. 106, а). В реальной практике положение точки максимума может отличаться от приведенной на рис. 106, а.
