RU1782936C - Способ осаждени полупроводникового кремни - Google Patents

Abstract

Назначение: к области получени  особо чистого поликристаллического кремни , используемого в качестве исходного материала в полупроводниковой технике путем термического разложени  смеси трихлор- силана с водородом на кремниевых подложках , установленных вертикально в реакторе, при пропускании через них электрического тока с образованием смеси ди-, три-и тетрахлорсилана в качестве побочных продуктов реакции, возврата ди- й трйхлбр- силана на разложение. Сущность: образующийс  на выходе реактора тетрахлорсилан предварительно смешивают с моносйланом и возвращают на стадию термического разложени , при этом количество моносилана от общего количества хлорсиланов, подаваемых в реактор, составл ет 20-50 об. %. Коэффициент извлечени  кремни  в зависимости от доли моносилана от 17,2 до 23%. 1 табл. СО С

Description

Изобретение относитс  к неорганической химии, конкретно к получению особо чистого поликристаллического кремни , используемого в качестве исходного материала в полупроводниковой технике.

Известен способ получени  полупроводникового кремни  из смеси водорода с тетрахлорсиланом и трихлорсиланом.

Недостатком этого способа, особенно при использовании смеси водорода с тетрахлорсиланом ,  вл етс  низка  скорость осаждени  кремни , а также большой расход водорода и электроэнергии,извлечение

кремни  менее 10%, скорость осаждени  кремни  около 1 кг/ч.

При использовании смеси водорода с трихлорсиланом скорость осаждени  кремни  повышаетс , однако существенна  часть трихлорсилана гидрохлорируетс , в результате чего на выходе реактора понижаетс  дол  трихлорсилана в смеси хлорсиланов и повышаетс  дол  тетрахлорсилана, что снижает экономические показатели производства , поскольку процессы осаждени  кремни  провод т в режиме рециркул ции, непрореагировавшие трихлорсилан и дихxi

00 N5 Ю СО

О

д

лорсилан конденсируют, очищают и вновь направл ют на восстановление.

Известен также способ осаждени  кремни  высокой чистоты на разогреваемых пр мым пропусканием электрического тока до температуры 8БО°С кремниевых подложках, устанавливаемых вертикально п реакторе, при котором в качестве кремний- содержащего реагента используют моноси- лан.

Этот известный способ обладает следующими основными недостатками.

Скорость осаждени  кремни  недопа- точно высока, так как необходимо разб в- л ть моносилан водородом и ограничивать подачу реагентов, чтобы уменьшить пыпо- дение аморфного кремни  п объеме реактора и осаждение его на стенках. На практике даже при всех известных технологических решени х не менее 10% кремни  герлетс  безвозвратно

В качестве прототипа предлагаемого изобретени  выбран способ осаждени  чистого полупроводникового материала, преимущественно кремни , путем термического разложени  газообразного соединени  этого полупроводникового материала из разогреваемых пр мым пропусканием электрическо- го тока до температуры разложени  подложках из того же материала, при котором дл  получени  кремни  используют смесь трихлорсилана и водорода, причем дол  трихлорсилана равна 30-60% объемных, а дол  водорода составл ет от 40 до 70% объемных .

Недостатком этого известною способа  вл етс  низкий коэффициент изглечени  кремни  из трихлорсилана, не более 11- 17%, при скорости осаждени  кремнии около 4,0 кг/ч.

Иепрореагпровавша  часть трихлорсилана гидрохлорируетс  частично до тетрах- лорсилапа. В среднем на выходе из реактора в газовой смеси хлпрсилзнов оказываетс  около70% объемныхтетрахлорси- ланэитолькоЗО% объемных трихлорсилана и около 0,1 % объемных дихлорСилана

Целью изобретени   вл етс  увеличение скорости осаждени  и коэффициента извлечени  кремни  за счет увеличени  доли дих- лорсилана и трихлорсилана на выходе из реактора, а также за счет предотвращени  образовани  аморфного кремни .

Поставленна  цель достигаетс  способом осаждени  полупроводникового кремни  путем термического разложени  смеси трихлорсилана с водородом на кремниевых подложках, установленных вертикально в реакторе, при пропускании через них электрического тока с образованием смеси ди-,

три- и тетрзхлорсиланп п качестве побочных продуктов реакции, возврата ди- и трихлорсилана па разложение, при котором образующийс  на выходе

реактора тетрэхлороилаи предварительно СМРШИВЭЮГ с моносиланом п возвращают на стадию термического разложени , при этом количество моносилана от общего количество хлорсиланов, подаваемых в реак0 тор, составл ет 20-50% объемных.

Известны технические решени , о которых используют в качестве кремнийсодер- жащего компонента моносилон, однако в этом случае сгоростьокаждрни  кремни  не

5 удаетс  получить достаточно высокой из-за выпадени  аморфного кремни  в объеме реактора и на его стенках. Дл  уменьшени  вли ни  этого нежелательного эффекта приходитс  разбавл ть моносилан водородом,

0 уменьшать его расход, снижать температуру поверхности кремниевых стержней.

Использование тетрахлорсилана вместо трихпорсила ia или совмест но с тр ихлор- силаном во всех случа х снижает скорость

5 осаждении и извлечени  кремни , а также долю трихлорсиланаи дихлорсилапа в смеси хлорсиланов на пыходе реактора по сравнению с использованием только смеси водорода с трихлорсиланом.

0 При подече на вход реактора в качестве кремнийсод ржащих компонентов хлорси- лопоа п моносилана образующийс  о результате химических реакций хлористый водооод преп тствует образованию аморф5 него кремни , практически мгновенно перевод  его п различные виды хлорсилаиоп.

Причем в силу выбранных условий термодинамика системы Si-H-CI такова, что объемные доли трихлорсилана и дихлорси0 лаиа суммарно превышаю объемные доли тетра ,/юрсилана на оычоде реакторов.

В известном решении увеличение плотности подачи моиосилана дл  повышени  скороС)Иосаждени  кремни термодинами5 чески невыгодно, так как ведет к выпадению аморфного кремни  в объеме реактора и на его стенках, что  вл етс  принципиальным недостатком способа.

В предлагаемом решении выпадение

0 аморфного кремни  в объеме реактора и па его стенках невозможно,

Отметим, что предлагаемый способ позвол ет широко использовать гетрах- лорсилан, сохран   высокие технико-эко5 ионические показатели производства, что недостижимо по всех других известных способах .

Пример 1. Проеодилось 5 экспериментов в установке с ьысогой стержней 2,0 м, ко-нмзс;оом стержней - 18. Начальный

диаметр кремниевых стержней-подложек - 7 мм. Конечный диаметр около 110 мм, масса полученного кремни  около 830 кг,

После начальною нагрепа стержней- подложек с помощью плазмотрона и подведе- ни  повышенного напр жени  температура поверхности стержней поддерживалась на уровне 1050°С При этом сила гока измен лась от 35 А до 2000 Л.

В каждом эксперименте мол рное DTI to- шение водорода к кроммийсодержащим компонентам поддерживалось на уровне 5:

Н2

г/1 -, ;

SiCU + SUM

-5

Дол  моносилана в смеси кремнийсо- держащих компонентов дл  каждого процесса была 60, 50; 33; 20,5; 16,6 об %.

Результаты испытаний сведены втабли-

цу 1.

Из анализа результатов следует, что предпочтительно поддерживать отношение

Q

5IH4X 100 SiCM

50-33%.

Если величина , то отношение реального выхода кремни  к равновесному снижаетс  до 55%, следовательно, исполь- зоваиие мопосилапа ухудшаетс , что экономически нецелесообразно.

Если величина ,6%,тодол тетрах- лорсилана в смеси хлорсиланов возрастает,

дол  дихлорсилана мала.

В результате экономические показатели процесса снижаютс .

Оптимальные результаты, по совокупности параметров (скорость осаждени  кремни , дол тр хлорсилана идихлорсила- на в смеси хлорсилаиов на выходе реактора, степень использовани  моносилана), достигаютс  когда .

В прототипе коэффициент извлечени  кремни  не более 11-17% при скорости

5

10

15

0

5

0

5

0

5

осаждени  кремги  около 4 кг/ч, в предлагаемом способе, Р зависимости от доли мо- посплапа, - от 17,2 до 33%.

Использование предлагаемого способа веде к1 м г процесса осаждени  кремни  обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества:

повышенно скорости осаждени  кремни  при высоком значении коэффициента извлечени  кремни ; в существующих способах повышение скорости осаждени  кремни  св зано с увеличением расходов крсмиинсодержащих компонентов, что веде г к снижению коэффициента извлечени  кремни ;

увеличение доли трихлорсилана и дих- лорсилеиз в смеси хлорсиланов на выходе реактора повышает техннко-экономич еские показатели производства, так как трихлор- силан и дихлорсилаи после отделени  от гетрахлорсилана, хлористого водорода, водорода и очистки используютс  повторно,

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ осахдени  полупроводникового кромпил путем термического разложени  смеси трихлорсилана с водородом на кремниевых подложках, установленных верти- i-алыю в реакторе при пропускании через них электрического тока с образованием на выходе из реактора смеси ди-, три- и тетрах- лорсилана в качестве побочных продуктов реакции, возврата ди- и трихлорсилана на разложение, отличающийс  тем, что, с целью увеличени  скорости осаждени  и коэффициента извлечени  кремни  за счет увеличени  доли дихлорсилана и трихлорсилана в образовавшейс  смеси, а также за счет предотвращени  образовани  аморфного кремни , образующийс  на выходе реактора гограхлорсилан предварительно смешивают с моносиланом и возвращают на стадию термического разложени , при этом количество моносилана от общего количества хлорсиланов составл ет 20-50 об.

   %.