Технология получения монокристаллического кремния

Производство монокристаллического кремния происходит в два этапа:

полупроводниковый прибор пластина кристалл

1) Восстановительная плавка сырья

Восстановительная плавка сырья, содержащего оксид кремния в виде кварцита, в электропечах при температуре 2273К (около 2000°):

SiO

2

+

C

=

Si

+2

CO

В результате первой же операции получают элементарный кремний, однако его чистота еще очень низка и содержание основного вещества составляет около 99%. Кремний из - за высокой температуры плавления и реакционной способности по отношению к любым контейнерным материалам очистке не поддается.

) Перевод технического кремния в соединения, удобные для глубокой очистки SiCl4, SiHCl3 или SiH4

Для получения хлорида кремния и хлорсилана используются реакции хлорирования:

Si+2Cl2SiCl4

Si+3HClSiHCl3+H2

Моносилан получают из предварительно изготовленного кремний-магниевого сплава:

Mg2Si+4NH4ClSiH4+2MgCl2+4NH3

) Глубокая очистка.

Для дальнейшей глубокой очистки хлорида, хлорсилана и моносилана применяется один и тот же метод ректификации в жидком виде независимо от того, что первые два вещества в нормальных условиях - жидкости, третье - газ.

Ректификация - многократная перегонка - высокоэффективный, экономичный процесс, выполняющийся без применения каких-либо реагентов в герметичной аппаратуре из нержавеющей стали.

) Восстановление с помощью водорода и пиролиз

Получение особо чистого кремния осуществляется по следующим реакциям:

восстановление (1373 K):

SiCl4 +

2Н2 Si + 4НCl

SiHCl3 +

Н2 Si + 3НCl

Пиролиз (1273 K):

SiH4 Si + 2Н2

Восстановление осуществляется на нагретые кремниевые стержни-заготовки, непосредственно через которые пропускается электрический ток. Благодаря этому реакция локализуется на поверхности кремния и происходит постепенное наращивание их диаметра от исходных 8.10 до 50.100 мм. Для восстановления и разбавления газовых смесей, как в хлоридном, так и моносилановом процессах используются большие количества водорода.

Выращивание монокристаллов

1) Метод Чохральского

Около 75% всего производства ведется по методу Чохральского, который обеспечивает наивысшую однородность и структурное совершенство монокристаллов. Метод Чохральского - основана на свободной направленной кристаллизации на затравку из большого объема расплава, необходимого для выращивания всего слитка.

Последовательность операций при выращивании монокристаллов:

1. Подготовка исходных материалов - компоновка. Сырьем для плавки являются не только поликристаллический кремний, но и легирующая примесь, а также остатки кремния от предыдущей операции и отходы монокристаллов, не попавшие в готовую продукцию. Компоновка включает операции по очистке сырья, дозировке легирующих примесей, необходимые расчеты.

2. Загрузка материалов в тигель, вакуумирование рабочей камеры и плавление. После этого мощность нагревателя уменьшается так, чтобы температура расплава оставалась

постоянной и близкой к температуре плавления, причем обеспечивается тепловое равновесие, и количество тепла, подводимое нагревателями, точно соответствует его потерям открытой поверхностью.

Другие стьтьи в тему

Расчет схемы двухканального блока питания управляющего устройства
Блок питания (БП) - устройство, предназначенное для формирования напряжения, необходимого системе, из напряжения электрической сети. Чаще всего блоки питания преобразуют переменное напряжение сети 220 В частотой 50 Гц (для России, в других странах используют иные уровни и частоты) в ...

Разработка и изготовление лабораторного стенда по изучению вольтамперных характеристик полупроводниковых диодов
Целью данной работы является разработка и создание прибора, предназначенного для изучения полупроводниковых диодов. Для исследования нами был выбран полупроводниковый диод, который наиболее характерно отражает почти все особенности и свойства полупроводниковой техники в целом и являе ...