длиной до 1,2 м и диам. до 0,1 м. Скорость осаждения кремния при этом 0,3-0,4 кг/(ма • 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 непосред249

248

О-ИГ'.м'/ч

150 100

Рис. 115. Изменение расхода силана Q с увеличением диаметра растущего стержня d для промышленного реактора (программа подачи)

5 16 26 36 16 56 65 d-Ю''.м Стартовый разогрев прутков-основ проводят обычно высоковольтным пробоем либо с помощью предварительно нагретого технологического газа с одновременным подводом к пруткам напряжения 1000 В.

После разогрева прутков их либо прокаливают в атмосфере водорода, либо травят хлористым водородом. Затем устанавливают рабочую температуру (обычно 1123-1173 К), и в реактор подают силан. Расход силана в течение процесса меняют по специальной программе, которая учитывает повышение температуры в объеме реактора с ростом диаметра стержней и увеличение поверхности осаждения. Наряду с обеспечением приемлемой скорости осаждений кремния задача программированного расхода силана состоит и в том, чтобы избежать образования порошка полисиланов в объеме реактора. На рис. 115 представлена одна из программ, используемых на промышленных реакторах.

Для уменьшения вероятности образования порошка полисиланов предлагается1 наряду с силаном в реактор подавать галогенсиланы (SiHjCl,SiH,Clj,SfflCl3,SiCl4)BKonH4ecTBe0,l - 20,0%.

Однако такой технологический прием требует весьма высокой чистоты галогенсиланов, которая не должна уступать чистоте силана.

Предлагалось1 также большую часть (> 20 м3 на 1 кг осажденного кремния за 1 ч) выходящей из реактора реакционной смеси рецикли-ровать в реактор разложения. Благодаря этому температура газовой смеси в объеме реактора * 573 К и образования порошка полисиланов практически не происходит. Наряду с этим достигается скорость до 1,25 кг/(м2 ? ч) и можно получать стержни кремния диам. до 0,12 м. Расход электроэнергии при этом ^340 МДж на 1 кг осажденного кремния.

1 Пат. 4559219. США. 1985.

По достижении необходимого диаметра стержней подачу силана в реактор прекращают, снимают токовую нагрузку со стержней, затем вакуумируют реактор, продувают его водородом и азотом. Аппарат разгерметизируют, стержни разгружают и подвергают контролю.

251

Внутреннюю поверхность реактора, покрытую слоем полисиланов, обрабатывают водяным паром, затем насухо вытирают. Далее процесс осаждения повторяют вновь.

Тенденции и перспективы получения кристаллического '

кремния методом термического разложения силана

При термическом разложении силана получают кремниевые стержни высокой чистоты.

Так, в 1975 г. сообщалось [164] о выпуске фирмой "Коматсу" 100 кг

за 1 месяц кремния с содержанием примесей « 0,001 ppb (~ ЗХ

Х1011 ат/см3). Процесс предусматривал очистку силана перед осаждением на специально модифицированных цеолитах. Однако в настоящее

время существует потребность в кремнии еще большей чистоты, например для ИК-детекторов и мощных приборов для электромагнитных

пусковых установок. Поэтому ведутся исследования, которые ставят

своей целью получить термическим разложением силана кремний с

содержанием бора и фосфора до 0,0002 ppb (1 • 1010 ат/см3). ;

Серьезным недостатком метода термического разложения силана,

ограничивающим его повсеместное применение, являются относительно

низкая Ууд кремния [обычно « 0,4 кг/(мг • ч)] и относительно высокая i

энергоемкость. В связи с этим силановый метод, позволяншшй эффек- ,

тивно решать задачу получения весьма чистого кремния, в то же время j

является дорогим, когда речь идет о получении кремния обычного j

электронного качества. 1

Поэтому в настоящее время наряду с поисками недорогих методов |

синтеза силана ведутся исследования по получению из него кремния |

С высокой производительностью. В частности, описаны [165] методы |

получения кремния в кипящем слое, состоящем из частиц кремния, I

средний размер которых ~ 25 нм. Этот слой взаимодействует со смешан- |

ным потоком силана и рециклируемого водорода. В результате пир