Физико-химические процессы получения поликремния

Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки

УДК 548.522

А. В. Ратников, К. Д. Марков Научный руководитель - Г. Г. Назаров Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИКРЕМНИЯ

Проведен анализ существующих методов получения поликремния с целью выявления основных параметров, влияющих на производительность системы.

В настоящее время поликристаллический кремний (ПКК) производится по двум технологическим схемам: Сименс-процесс, включающий получение трихлорси-лана 8ШС13 (ТХС) и водородное восстановление в реакторах стержневого типа, и моносилановая технология, основанная на получении трихлорсилана, его каталитическом диспропорционировании до моносилана, выделении и очистки моносилана 81И4 (МС) и получении поликремния пиролизом моносилана в реакторах стержневого типа или в реакторах кипящего слоя.

Моносилановая технология имеет следующие преимущества:

- термическое разложение МС происходит при сравнительно низкой температуре (около 850 °С вместо 1100 °С для ТХС) с меньшим расходом энергии;

- очистка МС от большинства вредных примесей при прочих равных условиях является более эффективной из-за значительного различия физических и химических свойств МС и примесных соединений.

Однако эта технология имеет и свои недостатки. Так, для очистки МС перегонкой при низкой температуре требуется охлаждение жидким азотом и гелием, что сильно увеличивает стоимость кремния. Кроме того, известные способы изготовления МС достаточно сложны, что обусловливает высокую стоимость МС высокой степени чистоты для полупроводниковой промышленности [1].

Традиционной на данной момент остается технология компании Сименс, на долю которой приходится основная часть (>70 %) мирового производства поли-

кристаллического кремния. В данном случае при получении кремния из ТХС происходит реакция восстановления кремния водородом. При этом непрореаги-ровавшие продукты отправляют в начало процесса на синтез ТХС, что вдет к попаданию в кремний вредных примесей, образующихся в результате коррозии стенок реакционной камеры. Поэтому через ТХС трудно получить кремний сверхвысокой степени чистоты [2].

Из технического кремния хлорированием синтезируют ТХС, который очищается путём многостадийной ректификации от побочных продуктов синтеза трихлорсилана - Н2, НС1, тетрахлорида кремния (ТХК) и направляется в реактор водородного восстановления, где происходит процесс осаждения кремния на стержни-основы.

Смесь хлоридов кремния и водорода подается в реактор, где хлориды кремния восстанавливаются и кремний осаждается по реакции:

.

В процессе восстановления кремния в реакторах помимо продукта - чистого поликристаллического кремния - образуются побочные продукты - тетра-хлорид кремния, хлористый водород, которые в смеси с непрореагировавшими водородом и трихлорсила-ном, а также продуктами конверсии ТХК направляются на установки, где происходит отделение Н2, НС1, а также разделение оборотных хлорсиланов на ТХС и ТХК, возвращаемых в технологический процесс.

Упрощенная блок-схема Сименс-процесса

Секция ««Электронная техника и технологии»

Оборотный трихлорсилан с водородом возвращаются в реакторы восстановления кремния, хлористый водород - на синтез ТХС, а оборотный тетрахлорид кремния направляется в конверторы для преобразования в трихлорсилан:

51 + -»- и2.

Исследования роста кремниевых стержней в процессе водородного восстановления трихлорсилана свидетельствуют о гетерогенном характере процесса и могут быть описаны следующими элементарными стадиями: перенос исходных реагентов в газовой фазе к поверхности растущего стержня; адсорбция и хемо-сорбция исходных реагентов и образование адсорбционного слоя; химико-кристаллизационные процессы, приводящие к встраиванию атомов кремния в кристаллическую решетку; десорбция продуктов реакции в газовую фазу; газовый транспорт продуктов реакции в газовую фазу от растущей поверхности стержня.

Происходящие в газовой среде гомогенные реакции не оказывают существенного влияния на скорость

осаждения. Вместе с тем следует учитывать вероятные реакции в газовой фазе при увеличении концентрации трихлорсилана, что подтверждается образованием внутри реактора высокодисперсного кремниевого порошка с аморфной структурой. Одна из возможных реакций в газовой фазе, которая может привести к образованию такого порошка - пиролиз трихлорсилана.

Проведенный анализ показал, что ключевыми технологическими параметрами являются температура и давление. За счет оптимизации данных параметров возможно увеличение производительности системы.

Библиографические ссылки

1. Aliis inserviendo consumer. Технология кипящего слоя в производстве солнечного кремния. URL: http://silicon-article.ucoz.ru/index/0-12.

2. Гипросинтез. Трихлорсилан-поликремний. Технологии производства. URL: http://www.giprosintez.ru/ News/2008/08-10-16.

© Ратников А. В., Марков К. Д., Назаров Г. Г., 2011

УДК 629.7.05

В. В. Ступак Научный руководитель - И. Я. Шестаков Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

ОХЛАЖДЕНИЕ ПРИ ЛАЗЕРНОЙ РЕЗКЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛАСТИН

Оценивается недостатки процесса резки полупроводниковых пластин лазерным методом. Рассматриваются различные факторы, влияющие на качество конечного продукта. Проведен анализ и выявлено решение проблемы.

На сегодняшний день существует два метода разделения полупроводниковых пластин с кристаллами на отдельные чипы: механическое и лазерное.

Газовые лазеры по сравнению с методом дисковой резки имеют следующие преимущества:

1. Широкая область применения (резка по нелинейной траектории, прошивка отверстий и т. д.),

2. Более высокое качество реза, шероховатости поверхности и постоянство по ширине,

3. Высокая скорость процесса,

4. Возможность обработки различных материалов.

Однако в процессе резки газовыми лазерами так

же возникают проблемы, ограничивающие их применение:

1. Необходимость точной фокусировки луча на подложке (при отсутствии точной фокусировки луч может рассеиваться, что влечет за собой коническую форму реза);

2. Загрязнение поверхности частицами расплавленного материала, которые осаждаются сопутствующими газами.

Известно, что коэффициенты преломления воды и воздуха различны. Вследствие этого лазерный луч, помещенный в струе воды, отражается от ее поверхности, тем самым струя воды не позволяет диаметру лазерного луча отклоняться от заданных размеров [1].

Это гарантирует постоянную ширину реза при выполнении процесса, при этом позволяет выполнять процесс резки под любым углом наклона.

Лазерный луч через фокусирующую линзу попадает в камеру, в которую подается вода под давлением (-300 бар, 1 л/мин) [2]. Далее лазерный луч выходит из камеры через насадку с отверстием малого диаметра (до 20 мкм) и, находясь в струе воды, попадает на обрабатываемую поверхность пластины/подложки.

Схема воздействия лазерного луча на пластину