Технология полупроводникового кремния - Фалькевич Э.С.
ISBN 5-229-00740-0
Скачать (прямая ссылка):
Главное достоинство этой конструкции - то, что она уменьшает вероятность попадания порошка полисиланов в растущие кремниевые стержни.
247
Более сложный реактор термического разложения силана (рис. 114)* состоит из съемной металлической камеры 9 и основания (поддона) 17. Металлическая камера 9, полая внутри, снабжена входным 5 и выходным 7 патрубками для охлаждающей жидкости. Вверху камера снабжена патрубком 8 для вывода газа, образующегося в результате термического разложения. Для наблюдения за процессом
осаждения камера снабжена также иллюминаторами 12, которые позволяют контролировать верхнюю, среднюю и нижнюю части кремниевых стержней 6. Основание 17 также охлаждается потоком хладагента, который подается и выводится через соответствующие патрубки 18 и 19.
Для нагрева кремниевых стержней 6 и их крепления используют четыре медных электрода (токовво-да) 15, которые с помощью термоизоляторов 16 крепятся в основании 17 на равных расстояниях друг от друга.
Каждый из токовйодов 15 с помощью фидера 20 соединяется с источником электропитания. Для защиты от воздействия тепла токо-вводы охлаждаются во время процесса; подача и отвод хладагента проводятся через соответствующие A-A патрубки 2 и 3.
22 21
Рис. 114. Схема реактора фирмы "Коматсу” (Япония) для получения кремния термическим разложением силана
* Пат. 4150168. США. 1979. 248
Крепление стержней кремния в токовводах осуществляется с помощью переходников 14 из тантала или молибдена. Верхние части смежных кремниевых стержней соединяются друг с другом стержнем из высокочистого кремния 10. В центральной части основания устанавливается теплоизолятор 11, имеющий радаально проходящее поперечное сечение. Каждая радиально проходящая часть изолятора располагается между, смежными кремниевыми стержнями на одинаковом расстоянии от них. Теплоизолятор, полый внутри, охлаждается хладагентом, вводимым входной трубкой 21, затем хладагент выводится через трубку 1.
В полость теплоизолятора введена также трубка 22 для подачи силана, которая проходит через основание. Внутри полости теплоизолятора трубка разветвляется на трубки в верхней, средней и нижней стадии. С помощью регулятора газового потока можно регулировать подачу силана в отверстия 13, расположенные на концах изолирующих пластин теплоизолятора. Патрубок 4 служит для впуска разогретого технологического газа, предназначенного для стартового разогрева кремниевых стержней.
Описанная конструкция реактора для получения стержней кремния термическим разложением силана позволяет получить стержни длиной до 1,2 м и диам. до 0,1 м. Скорость осаждения кремния при этом 0,3-
0,4 кг/(м2 • ч), расход электроэнергии 360-450 МДж на 1 кг осажденного кремния при незначительном образовании порошка полисиланов в объеме реактора.
Основные технологические операции при промышленном получении стержней кремния
Поликристаллический кремний, получаемый термическим разложением силана, выпускают в виде стержней диам. > 0,02-0,08 м и длиной
> 0,25 м.
Отбор пробы для получения контрольных слитков и определения по ним уровня чистоты по донорным примесям и уровня чистоты по примесям бора проводят от нижней части любого стержня путем откалывания или отрезания медноалмазным диском. С целью удаления с поверхности контрольных стержней возможных загрязнений их обрабатывают смесью азотной и фтористоводородной кислот в соотношении 3:1. Затем стержень отмывают ионоочищенной водой, высушивают, заворачивают в целлюлозную пленку и передают на бестигельную зонную плавку.
Оценка чистоты поликристаллического кремния путем его зонной плавки и последующего измерения УЭС, строго говоря, не является объективной. Более достоверные данные получают путем непосред-
249
ственного определения примесей (в основном бора и фосфора) с использованием методом ИК-епектроскопии и фотолюминесценции (см. гл. II).
Чистота силана является определяющей для получения необходимого качества кремниевых стержней. К сожалению, прямого метода определения электрически активных примесей в силане пока не найдено, поэтому пользуются косвенными методами. В частности, пользуются методом определения чистоты силана по УЭС эпитаксиальных слоев, выращенных в процессе термического разложения этого силана. Однако прямой зависимости между электрофизическими параметрами эпитаксиальных слоев и чистотой поликристаллических стержней не установлено. Лучшие из поступающих на рынок сортов силана обеспечивают получение эпитаксиальных слоев кремния с УЭС > 1500 Ом • см для n-типа электропроводности. Существует также силан, который дает возможность получить слои с УЭС < 8000 Ом • см для n-типа электропроводности.
Производители кремниевых стержней термическим разложением силана используют в качестве исходного сырья силан с подобными же параметрами.
Чистота прутков-основ является вторым важным обстоятельством для получения качественных стержней. В качестве исходного материала для производства прутков, как правило, используют кремний, полученный разложением силана. Как показала практика, существенное влияние на качество кремниевых стержней оказывает химическая обработка прутков-основ после их выращивания. При наличии оксидной пленки на поверхности прутков между ней и наращиваемым материалом образуется область, состоящая из пустот и слоя кремния, насыщенного его кислородными соединениями. Такие -стержни для дальнейшей переработки бестигельной зонной плавкой, как правило, непригодны.
