Спосіб отримання вихідного полікристалічного кремнію у вигляді широких пластин з малою
Винахід відноситься до отримання напівпровідникових матеріалів і може бути використане для виробництва вихідного кремнію полікристалічного осадженням на нагріті основи в процесі водневого відновлення хлорсиланов або з газової фази моносилана. Сутність винаходу: спосіб включає розміщення в реакторі хімічно інертної до пари або парогазової суміші плоскої основи з питомим опором в інтервалі від 110 -3 до 50,0 Омсм, подачу потоку пари моносилану або парогазової суміші силану з воднем уздовж поверхні плоскої основи, нагрівання основи протека струмом, осадження на неї кремнію, вилучення плоскої основи з осадженим кремнієм з реактора і зрізання з неї кремнію зі збереженням обложеного шару не менше 2 мм, очищення поверхні зрізу шліфуванням, травленням та відмиванням в деіонізованій воді. Для зниження неконтрольованого забруднення одержуваного матеріалу плоскі основи попередньо обробляють протягом години при 1200-1400 o З, після чого покривають шаром кремнію, відновленого з трихлосилана воднем товщиною не менше 0,1 см. Після цього кінцеві ділянки основ з відкритою поверхнею покривають шаром міді. Крім того, як плоскі основи можуть бути використані чисті пластини або смуги кремнію, зрізані після осадження, травлення і відмивання, або плоскі основи, розрізані по провідній вихідній основі після осадження кремнію і очищені шліфуванням, травленням і відмиванням. Винахід дозволяє підвищити якість одержуваного матеріалу за збереження високої продуктивності процесу. 4 з.п. ф-ли, 4 іл.
Малюнки до патенту Україна 2222649
Область техніки Винахід відноситься дообласті ласті одержання напівпровідникових матеріалів і може бути використане для виробництва вихідного полікристалічного кремнію осадженням на нагріті основи в процесі водневого відновлення хлорсиланів або газової фази моносилана.
Попередній рівень Відомі різні способи отримання вихідного полікристалічного кремнію у вигляді широких пластин, що включають розміщення в реакторі плоскої основи, подачу потоку пари або паро-газової суміші вздовж поверхні плоскої основи, нагрівання плоскої основи струмом, що протікає, осадження на плоску основу кремнію з пари або паро-газової суміші, вилучення плоскої основи з осадженим кремнієм з реактора, обробку зрізанням з основи осадженого кремнію, травлення та відмивання основи та зрізаного матеріалу [1, 2].
Найбільш близьким за своєю сутністю до заявляється є спосіб, згідно з яким як плоскі основи використовують хімічно інертні до пари або до паро-газової суміші матеріали з питомим опором в інтервалі від 110 -3 до 50,0 Омсм [2].
Спосіб забезпечує високу продуктивність процесів осадження при простому та дешевому їх технологічному оформленні. До обмеження способу слід віднести більш високе забруднення полікремнію вуглецем та іншими домішками, що надходять з поверхні плоских основ в результаті їх випаровування та хімічної взаємодії з киснем у системі домішка О2г - Siтв при високій температурі.
Наявність кисню в робочій камері зазвичай пов'язане з неконтрольованим його надходженням з повітря, або з десорбцією оклюдованих молекул кисню на охолодженій внутрішній поверхні апаратури і особливо на поверхні графіту. Він може також надходити у вигляді домішки газових середовищ, наприклад, водню та трихлорсилану.
Взаємодіякисню з вуглецем або кремнієм може проходити за реакціями: 2Si + O2 = 2SiO 2C + O2 = 2CO 4C + 3O2 = 2CO + 2CO2 У зв'язку з тим, що до 1200К кремній практично інертний по відношенню до кисню і вкрай повільно окислюється при подальшому нагріванні, а в кінетичному відношенні полімолекулярні реакції поступаються більш простим, слід очікувати, що кисень насамперед взаємодіятиме з вуглецем з утворенням СО, який легко десорбується з поверхні графітового виробу і може поширюватися по всьому робочого обсягу. У цих умовах нагрітий кремній може безперервно контактувати з середовищем, що містить СО, і, у разі диспропорціонування, СО2.
На підставі викладеного була експериментально підтверджена ймовірність протікання гетерогенних реакцій між нагрітим кремнієм і оксидами вуглецю навколишнього середовища [3], що призводять до окислення кремнію з одночасним карбідоутворенням за рівняннями: 4Si + 2CO = 2SiC + 2SiO 2SiO + SiO2 3Si + 2CO = 2SiO + SiO2 3Si + CO2 = SiC + 2SiO 3Si + 3CO2 = SiC + 2SiO2 + 2CO Аналогічний механізм надходження домішок у кремній було встановлено на прикладі домішки фосфору.
Таким чином, зниження рівня забруднення полікристалічного кремнію фоновими домішками та підвищення якості одержуваного матеріалу може бути досягнуто захистом відкритих поверхонь плоских основ після прожарювання осадженням на них особливо чистих захисних матеріалів, зниженням кількості кисню, що надходить в реактор, і зниженням рівня забруднення силанів і водню. Технічний результат, який може бути отриманий при здійсненні заявленого способу, це підвищення якості матеріалу, що отримується шляхом зниження концентрації фонових домішок (особливо вуглецю) при збереженні досягнутоїВисока продуктивність процесу осадження кремнію на широкі плоскі основи.
Розкриття винаходу Для вирішення поставленої задачі у способі отримання вихідного полікристалічного кремнію у вигляді широких пластин, що включає розміщення в реакторі хімічно інертної до пари або паро-газової суміші плоскої основи з питомим опором в інтервалі від 110 -3 до 50,0 Омсм, подачу потоку пари моносилану або паро-газової суміші силану з воднем уздовж поверхні плоскої основи, нагрівання основи струмом, що осадить, осадження на неї кремнію, вилучення плоскої основи з осадженим кремнієм з реактора і зрізання з неї кремнію зі збереженням осадженого шару не менше 2 мм, очищення поверхні зрізу шліфуванням, травленням і відмиванням в деіонізованій воді, для зниження неконтрольованого забруднення одержуваного матеріалу, плоскі основи попередньо обробляють протягом години при температурі 1200-1400 o С, після чого покривають шаром кремнію не відновленого з трихлорсилану воднем див.
Поставлена задача зниження рівня забруднення полікристалічного кремнію в процесі його осадження на широкі основи може бути вирішена різним використанням основ.
Як плоскі основи для осадження використовують чисті пластини або смуги кремнію, зрізані після осадження, травлення та відмивання.
Для створення стартового розігріву основ з чистого кремнію з високим питомим опором, їх використовують спільно з основами, що містять провідний шар, вкритий шаром чистого кремнію товщиною не менше 1,5 мм, що перешкоджає забрудненню неконтрольованого.
Як плоскі основи використовують пластини або смуги, отримані після розрізу основи з осадженим кремнієм по провідній вихідній основі і оброблені потімшліфуванням, травленням та відмиванням.
Для зниження забруднення осадженого кремнію і поліпшення контактів між струмівводами і провідними плоскими основами, відкриті поверхні кінцевих ділянок плоских основ покривають шаром срібла або міді, після чого очищають і використовують для осадження кремнію.
На фіг.1, 2 представлена схема апарату водневого відновлення кремнію, де 1, 7 - корпус апарату; 2 – клеми; 3 – основи для осадження кремнію; 4 - вхід парогазової суміші; 5 - вихід парогазової суміші; 6 - струмівводи; 8 - оглядове вікно; 9 - підведення паро-газової суміші; 10 - сітка; 11 - додаткове підведення суміші.
На фіг.3, 4 показана основа з осадженим кремнієм (подовжній і поперечний переріз), де 1 - основа; 2 - обложений кремній; 3 - не зрізаний забруднений шар кремнію; 4 – лінії розрізів (пунктир).
Приклад 1. У камері водневого відновлення трихлорсилану отримують вихідний полікристалічний кремній осадженням на нагріті після термообробки плоскі основи з нейтрального хімічно матеріалу без попереднього покриття поверхні осадженим кремнієм. Основи включають послідовно по одній кожну фазу. Обложений кремній видаляють зрізанням алмазними пилками, залишаючи не менше 2 мм матеріалу з кожного боку. Перед повторним завантаженням з поверхні зрізу плоских основ зішліфовують по 1,0 мм кремнію, після чого проводять травлення та відмивання в деіонізованій воді. Зрізаний матеріал піддають такій же обробці.
Зміст в осадженому полікремнії вуглецю, що характеризує загальний рівень забруднення матеріалу, відповідає, за результатами аналізу, концентрації від 31017 до 11017 см -3 .
Повторний аналіз кремнію, обложеного на широкі основи, поверхня яких була попередньо термооброблена притемпературі вище 1200 o З і покрита шаром кремнію, а кінцеві частини шаром міді товщиною 0,1 см, показав наявність вуглецю в кількості (2-4)10 16 см -3 . Залишкова кількість вуглецю, мабуть, пов'язана з його надходженням, як і інших домішок, з трихлорсилану та водню, а також з натіканням кисню в реактор.
Таким чином, проведення запропонованої додаткової обробки широких пластин - основ з стороннього матеріалу дозволяє отримувати вихідний кремній з мінімальним неконтрольованим забрудненням при високій якості сировини та хім. реактивів.
Джерела інформації 1. Патент ФРН 2541284, 30 В 25/02, опубл. 1977 р.
2. Патент України 2158324, 30 В 29/06; З 30 25/02, 25/18. Опубл. Бюлетень винаходів 30, 2000
3. Бєлов С. Т., Добровенський В.В. Звістки Академії наук СРСР. Неорганічні матеріали, том 17, 5, 1981
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. Спосіб отримання вихідного полікристалічного кремнію у вигляді широких пластин, що включає розміщення в реакторі хімічно інертної до пари або парогазової суміші плоскої основи з питомим опором в інтервалі від 110 -3 до 50,0 Омсм, подачу потоку пари моносилана або парогазової суміші силану з воднем вздовж поверхні плоскої основи, нагрівання основи струмом, що осадить, осадження на неї кремнію, вилучення плоскої основи з осадженим кремнієм з реактора і зрізання з неї кремнію зі збереженням осадженого шару не менше 2 мм, очищення поверхні зрізу шліфуванням, травленням і відмиванням в деіон тим, що зниження неконтрольованого забруднення одержуваного матеріалу плоскі основи попередньо обробляють протягом 1 год при 1200-1400С, після чого покривають шаром кремнію, відновленого з трихлосилана воднем, товщиною щонайменше0,1 див.
2. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що як плоскі основи для осадження використовують чисті пластини або смуги кремнію, зрізані після осадження, травлення і відмивання.
3. Спосіб за п.2, який відрізняється тим, що для створення стартового розігріву основ з чистого кремнію з високим питомим опором їх використовують спільно з основами, що містять провідний шар, покритий шаром чистого кремнію товщиною не менше 1,5 мм, що перешкоджає неконтрольованому забруднення.
4. Спосіб за п.1 або 2, який відрізняється тим, що як плоскі основи використовують пластини або смуги, отримані після розрізу основи з осадженим кремнієм по провідній вихідній основі і оброблені потім шліфуванням, травленням і відмиванням.
5. Спосіб за будь-яким з пп.1-4, який відрізняється тим, що для зниження забруднення осадженого кремнію і поліпшення контактів між струмівводами і провідними плоскими основами відкриті поверхні кінцевих ділянок плоских основ покривають шаром срібла або міді, після чого очищають і використовують для осадження кремнію .