Металлургия поликристаллического кремния высокой чистоты

Лапидус И.И., Коган Б.А., Перепелкин В.В.

Металлургия, 1971 г.

УСТАНОВКИ ВОДОРОДНОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ ХЛОРИДОВ КРЕМНИЯ (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР)

Значительный интерес вызывают различные способы получения кремниевых прутков-нагревателей, на которых происходит осаждение кремния. По одному из способов загрузку кремния расплавляют в кварцевом тигле в атмосфере инертного газа. Образовавшийся расплав с помощью вакуумного насоса засасывается в кварцевую труб'ку, которая для уменьшения смачивания расплавов покрыта тонкой пленкой из хорошо измельченной двуокиси кремния. Длина слитка определяется разницей давления в печи и внутри трубки. Для успешного осуществления процесса необходимо соблюдать следующие два правила:

1. Температура расплава, засасываемого в трубку, должна быть такой, чтобы уменьшение объема расплава при охлаждении от температуры засасывания до температуры кристаллизации компенсировало его увеличение при затвердевании.

2. Охлаждение и затвердевание расплава должны протекать достаточно быстро, чтобы предотвратить взаимодействие его со стенками трубки. Для этого необходимо, чтобы стенки трубки были достаточно тонкими. При получении слитков диаметром 10 мм толщина кварцевой трубки составляет 0,5—1,0 мм. При использовании трубок с водоохлаждаемым.и стенками их толщина может быть еще меньше. В последнем случае возможно применение металлических трубок с толщиной стенок 0,12—0,25 мм, например имеющих высокую теплопроводность.

В качестве заготовки для водородного восстановления используют ¹ материал от предыдущего процесса, разрезая его вдоль оси стержня. Стержень-заготовка может быть получена с заданным типом проводимости -иудель-ным сопротивлением. Например, с целью создания проводимости дырочного типа нагревают кремниевый стержень в присутствии алюминия в течение нескольких часов при температуре выше 120°С. Интересна идея применения спирального нагревателя, получаемого из расплава.

В различных работах изучали осаждение кремния на различные нагреватели из разных материалов.

Было изучено влияние характера подложки на скорость осаждения. В качестве подложек использовали молибденовую, вольфрамовую и танталовую проволоки.

При проведении осаждения при 1150°С, мольном отношении H₂:SiCl₄=12:l и скорости газового потока 0,8 л/мин было установлено, что скорость осаждения увеличивается при переходе от тантала к вольфраму и молибдену. Правда, это явление наблюдается лишь при времени осаждения 1 —1,5 ч. Причина, очевидно, заключается в том, что способность к силицированию у молибдена выше. При увеличении времени осаждения скорости осаждения кремния на различных материалах выравниваются.

Разогрев кремниевых стержней можно осуществлять непосредственным пропусканием тока⁵. Было предложено также устройство, состоящее из дополнительного источника высоковольтного напряжения, которое последовательно подключается к вторичным обмоткам основного электропитания и облегчает разгорев стержней. Идея предварительного нагрева подложки при помощи, например, излучения или высокого напряжения с переходом после достижения определенной температуры к нагреву обычным напряжением сети рассматривалась неоднократно². Сопротивление стержней предлагали снижать, например, введением в рабочую цепь дросселя или освещением кремниевого нагревателя лучистой энергией с длиной волны менее 1,1 мкм.

Известен способ, по которому кремниевый стержень включают в электрическую цепь, замкнутую на себя вокруг сердечника трансформатора. Трансформатор индуцирует напряжение в цепи схемы. Происходит нагревание кремниевого стержня. Иногда разогрев стержней производится в атмосфере смеси водорода, хлористого водорода и хлорида кремния, причем количество хлористого водорода должно быть достаточно большим, чтобы предотвратить осаждение кремния. По мере разогревания долю добавляемого хлористого водорода уменьшают и прекращают его подачу совсем.