Реферат: Технология получения монокристаллического Si

<span GOST type A",«sans-serif»">Московский Государственный Технический Университетим. Баумана

<span GOST type A",«sans-serif»">

<span GOST type A",«sans-serif»">

<span GOST type A",«sans-serif»">

<span GOST type A",«sans-serif»">

<span GOST type A",«sans-serif»">

<span GOST type A",«sans-serif»">

<span GOST type A",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman CYR»;color:black">Физико-химические основы технологииэлектронных средств

<span GOST type A",«sans-serif»">

<span GOST type A",«sans-serif»">

<span GOST type A",«sans-serif»">

<span GOST type A",«sans-serif»">

<span GOST type A",«sans-serif»">

<span GOST type A",«sans-serif»">Реферат на тему:

<span GOST type A",«sans-serif»">Технологияполучения монокристаллического

<span GOST type A",«sans-serif»; mso-ansi-language:EN-US">Si<span GOST type A",«sans-serif»">

<span GOST type A",«sans-serif»">

<span GOST type A",«sans-serif»">

<span GOST type A",«sans-serif»">

<span GOST type A",«sans-serif»">

<span GOST type A",«sans-serif»">

<span GOST type A",«sans-serif»">

<span GOST type A",«sans-serif»">

<span GOST type A",«sans-serif»">

<span GOST type A",«sans-serif»">Преподаватель:     ГригорьевВиктор Петрович

<span GOST type A",«sans-serif»">Студент:                  МаловМ.С.                    

<span GOST type A",«sans-serif»">Группа:                   РТ2-41                     

<span GOST type A",«sans-serif»">

<span GOST type A",«sans-serif»">Москва 2004

<span GOST type A",«sans-serif»;mso-fareast-font-family: «Times New Roman»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language: RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language:AR-SA">

<span GOST type A",«sans-serif»">План

<span GOST type A",«sans-serif»">:

<span GOST type A",«sans-serif»">Полупроводниковая технология

<span GOST type A",«sans-serif»">3

<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">Кремний

<span GOST type A",«sans-serif»">

<span GOST type A",«sans-serif»">

<span GOST type A",«sans-serif»">кристаллическая решетка<span GOST type A",«sans-serif»"> кремния

<span GOST type A",«sans-serif»">4

<span GOST type A",«sans-serif»">дефекты<span GOST type A",«sans-serif»"> реальных кристаллов кремния

<span GOST type A",«sans-serif»">4

<span GOST type A",«sans-serif»">Этапы производства кремния

<span GOST type A",«sans-serif»">9

<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">Получение технического кремния

<span GOST type A",«sans-serif»">

<span GOST type A",«sans-serif»">10

<span GOST type A",«sans-serif»">Получения трихлорсилана (ТХС)

<span GOST type A",«sans-serif»">11

<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">Очистка ТХС

<span GOST type A",«sans-serif»">

<span GOST type A",«sans-serif»">13

<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">Другие методы получения газовых соединений

<span GOST type A",«sans-serif»;color:black;mso-ansi-language:EN-US">Si<span GOST type A",«sans-serif»">

<span GOST type A",«sans-serif»">15

<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">Восстановление очищенного трихлорсилана

<span GOST type A",«sans-serif»">

<span GOST type A",«sans-serif»">16

<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">Получение поликристаллических кремния из моносилана

<span GOST type A",«sans-serif»;color:black;mso-ansi-language:EN-US">SiH<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">4<span GOST type A",«sans-serif»">

<span GOST type A",«sans-serif»">18

<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">Производство монокристаллов кремния

<span GOST type A",«sans-serif»">

<span GOST type A",«sans-serif»">20

<span GOST type A",«sans-serif»; color:black">Метод Чохральского<span GOST type A",«sans-serif»">

<span GOST type A",«sans-serif»">20

<span GOST type A",«sans-serif»; color:black">Бестигельной зонной плавки (БЗП)<span GOST type A",«sans-serif»">

<span GOST type A",«sans-serif»">26

<span GOST type A",«sans-serif»">Литература

<span GOST type A",«sans-serif»">30

<span GOST type A",«sans-serif»;mso-fareast-font-family: «Times New Roman»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language: RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language:AR-SA">

<span GOST type A",«sans-serif»">Полупроводниковая технология

<span GOST type A",«sans-serif»"> начала свое становление с 1946 года, когда Бардини Шокли изобрели биполярный транзистор. На первом этапе развитиямикроэлектронного производства в качестве исходного материала использовалсягерманий. В настоящее время 98 % от общего числа интегральных схемизготавливаются на основе кремния.<span GOST type A",«sans-serif»; mso-ansi-language:EN-US">

<span GOST type A",«sans-serif»;mso-bidi-font-weight:bold">Кремниевыеполупроводниковые приборы по сравнению с германиевыми имеют ряд преимуществ:

<span GOST type A",«sans-serif»"><span GOST type A",«sans-serif»">Si p-n переходы обладают низкими токами утечки, что определяет более высокие пробивные напряжения кремниевых выпрямителей; <span GOST type A",«sans-serif»">у кремния более высокая, чем у Ge область рабочих температур (до 150 и 70 градусов Цельсия соответственно); <span GOST type A",«sans-serif»">кремний является технологически удобным материалом: его легко обрабатывать, на нем легко получать диэлектрические пленки SiO2, которые затем успешно используются в технологических циклах; <span GOST type A",«sans-serif»">кремниевая технология является менее затратной. Получение химически чистого Si в 10 раз дешевле, чем Ge.

<span GOST type A",«sans-serif»">Вышеперечисленныепреимущества кремниевой технологииимеютместо в связи со следующими его особенностями:

<span GOST type A",«sans-serif»">большое содержание кремния в виде минералов в земной коре (25 % от ее массы); <span GOST type A",«sans-serif»">простота его добычи (содержится в обычном речном песке) и переработки; <span GOST type A",«sans-serif»">существование «родного» не растворимого в воде окисного слоя SiO2 хорошего качества; <span GOST type A",«sans-serif»">большая, чем у германия ширина запрещенной зоны (Eg = 1.12 эВ и Eg = 0.66 эВ соответственно). <span GOST type A",«sans-serif»;mso-fareast-font-family:«Times New Roman»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: RU;mso-bidi-language:AR-SA">

<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">Кремний

<span GOST type A",«sans-serif»">Кремнийобладает алмазоподобной кристаллической решеткой, которая может бытьпредставлена в виде двух взаимопроникающих гранецентрированных решеток.Параметр решетки — 0.54 нм, кратчайшее расстояние между атомами — 0.23 нм.Легирующие атомы замещают атомы кремния, занимая их место в кристаллическойрешетке. Основными легирующими атомами являются фосфор (5ти валентныйдонор замещения) и бор (3-х валентный акцептор замещения). Их концентрацияобычно не превышает 10-8 атомных процента.

<span GOST type A",«sans-serif»"><img src="/cache/referats/17416/image001.gif" v:shapes="_x0000_i1025">

<span GOST type A",«sans-serif»">Реальные кристаллы отличаются от идеальныхследующим

<span GOST type A",«sans-serif»">: <span GOST type A",«sans-serif»">они не бесконечны и поверхностные атомы обладают свободными связями <span GOST type A",«sans-serif»">атомы в решетке смещены относительно идеального положения в следствие термических колебаний <span GOST type A",«sans-serif»">реальные кристаллы содержат дефекты

<span GOST type A",«sans-serif»">С точки зрения размерности выделяют следующие типыдефектов реальных кристаллов:

·<span Times New Roman"">     

<span GOST type A",«sans-serif»">Точечные дефекты

<span GOST type A",«sans-serif»">К точечнымдефектам относятся:

<span GOST type A",«sans-serif»">

·<span Times New Roman"">                   

<span GOST type A",«sans-serif»">дефекты поШоттки,

·<span Times New Roman"">                   

<span GOST type A",«sans-serif»">дефекты поФренкелю,

·<span Times New Roman"">                   

<span GOST type A",«sans-serif»">атомы примеси вположении замещения,

·<span Times New Roman"">                   

<span GOST type A",«sans-serif»">атомы примеси вмеждоузлии.

<img src="/cache/referats/17416/image002.gif" hspace=«10» vspace=«10» v:shapes="_x0000_i1026">

<span GOST type A",«sans-serif»">Дефект по Шотт

<span GOST type A",«sans-serif»">кипредставляет собой вакансию в кристаллической решетке. Вакансия образуется, какправило, на поверхности кристалла. При этом атом или покидает решетку илиостается с ней связанным. В дальнейшем вакансия мигрирует в объем кристалла засчет его тепловой энергии. В условиях термодинамического равновесияконцентрация этих дефектов NШ задается уравнением

<span GOST type A",«sans-serif»">NШ= C*exp(-W/kT),

<span GOST type A",«sans-serif»">где C — константа,
W — энергия образования данного вида дефекта.

<span GOST type A",«sans-serif»">Для кремниязначение W= 2,6 эВ.

<img src="/cache/referats/17416/image003.gif" hspace=«10» vspace=«10» v:shapes="_x0000_i1027">

<span GOST type A",«sans-serif»">Дефект по Френкелю

<span GOST type A",«sans-serif»"> представляет собой вакансию и междоузельный атом.Концентрация этих дефектов вычисляется также по формуле, но с большим значениемэнергии образования междоузельного атома W= 4,5 эВ. Вакансия и междоузельныйатомы перемещаются внутри решетки за счет тепловой энергии.

<img src="/cache/referats/17416/image004.gif" hspace=«10» vspace=«10» v:shapes="_x0000_i1028">

<span GOST type A",«sans-serif»">Возможно внедрение примесных атомов вкристаллическую решетку. При этом атомы примеси, находящиеся в положениизамещения, создают энергетические уровни в запрещенной зоне полупроводника.

<span GOST type A",«sans-serif»">Атомы примеси,находящиеся в междоузлиях, не создают этих уровней, но влияют на механическиесвойства полупроводника.

·<span Times New Roman"">     

<span GOST type A",«sans-serif»">Линейныедефекты

<span GOST type A",«sans-serif»; color:windowtext">К линейным дефектам относятся:

·<span Times New Roman"">                   

<img src="/cache/referats/17416/image005.gif" v:shapes="_x0000_s1032"><span GOST type A",«sans-serif»">краеваядислокация

·<span Times New Roman"">                   

<img src="/cache/referats/17416/image006.gif" v:shapes="_x0000_s1033"><span GOST type A",«sans-serif»">винтовая дислокация <span GOST type A",«sans-serif»">

<span GOST type A",«sans-serif»; color:windowtext">Краевые дислокации возникают за счет параллельного смещенияатомов одной плоскости относительно другой на одинаковое расстояние b внаправлении параллельном возможному перемещению дислокации. Винтовыедислокации также возникают за счет смещения атомных плоскостей, но атомысмещаются на разные расстояния в направлении перпендикулярном перемещениюдислокации.
Оба типа дефектов образуются за счет механических напряжений, существующих в кристалле,и обусловлены градиентом температуры или большой концентрации примесных атомов.Краевые дислокации в кристаллах, используемых для производства ИС, как правило,отсутствуют.

·<span Times New Roman"">      

<span GOST type A",«sans-serif»"> <span GOST type A",«sans-serif»">Поверхностныедефекты<span GOST type A",«sans-serif»">

<span GOST type A",«sans-serif»">К поверхностным дефектам относятся:

·<span Times New Roman"">                   

<span GOST type A",«sans-serif»">границы зеренмонокристаллов<span GOST type A",«sans-serif»">,

·<span Times New Roman"">                   

<span GOST type A",«sans-serif»">двойниковыеграницы.<span GOST type A",«sans-serif»">

<img src="/cache/referats/17416/image008.gif" align=«left» hspace=«10» vspace=«10» v:shapes="_x0000_s1034"><span GOST type A",«sans-serif»">Двойникование

<span GOST type A",«sans-serif»">- изменение ориентации кристалла вдоль некоторой плоскости, называемойплоскостью двойникования BC (см. рис. 1).
Эти дефекты возникают в процессе роста в определенных частях кристаллическогослитка. Для производства ИС такие кристаллы не используют, их отбраковывают.

·<span Times New Roman"">     

<span GOST type A",«sans-serif»">Объемные дефекты в кремнии<span GOST type A",«sans-serif»">

<span GOST type A",«sans-serif»">Одним из проявлений трехмерных нарушений вкристаллической решетке являются микродефекты и преципитаты(фаза, в которой выделяются примесные атомы, в случае превышения уровнярастворимости в веществе при данной температуре).

<span GOST type A",«sans-serif»; color:windowtext">При росте кристаллов кремния с очень низкой плотностьюдислокаций возникает тип дефектов, которые, вероятно, характерны исключительнодля полупроводниковых кристаллов и в настоящее время интенсивно исследуются.Из-за малого размера их называют микродефектами.
Картина распределения микродефектов в поперечном сечении кристалла обычно имеетвид спирали, поэтому ее называют swirl-картиной. Swirl по-английски означает«воронка, спираль». Swirl-картина обнаруживается и в кристаллахвыращенных по методу Чохральского и в кристаллах зонной плавки независимо от ихкристаллографической ориентации.
Впервые такие дефекты наблюдались при избирательном травлении пластинбездислокационного кремния. В них обнаружены дефекты, отличающиеся отдислокаций, дефектов упаковки, двойников, преципитатов и межзеренных границ.Они давали фигуры травления, названные «некристалографическими» или«пустыми» ямками травления. Некристаллографические ямки не имеютопределенной ориентации относительно кристалла или друг друга. Они имеютплоское дно и, следовательно, обусловлены вытравливанием локализованных,приблизительно сферических дефектов, отличных от дислокаций, которые являютсялинейными дефектами и дают при травлении «глубокие» ямки в местахсвоего выхода на поверхность.

<span GOST type A",«sans-serif»; color:windowtext">В исследованных кристаллах с помощью рентгеновской топографиии избирательного травления были идентифицированы два типа микродефектов,отличающихся по размеру и концентрации. Микродефекты большого размера,названные А — дефектами, располагаются главным образом в областях, удаленных отповерхности кристалла и от краев пластин. Микродефекты меньшего размера (В — дефекты) наблюдаются во всем объеме кристалла вплоть до самой боковой егоповерхности.

<span GOST type A",«sans-serif»;mso-fareast-font-family:«Times New Roman»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: RU;mso-bidi-language:AR-SA">

<span GOST type A",«sans-serif»">Этапыпроизводства кремния

<span GOST type A",«sans-serif»">

<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">Технология получения монокристалловполупроводникового кремния состоит из следующих этапов:

<span GOST type A",«sans-serif»;mso-fareast-font-family:«GOST type A»; mso-bidi-font-family:«GOST type A»;color:black;mso-ansi-language:EN-US">1.<span Times New Roman""> 

<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">получение технического кремния;<span GOST type A",«sans-serif»;color:black;mso-ansi-language:EN-US">

<span GOST type A",«sans-serif»;mso-fareast-font-family:«GOST type A»;mso-bidi-font-family: «GOST type A»;color:black">2.<span Times New Roman""> 

<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">превращение кремния в легколетучеесоединение, кото­рое после очистки может быть легко восстановлено;

<span GOST type A",«sans-serif»;mso-fareast-font-family:«GOST type A»;mso-bidi-font-family: «GOST type A»;color:black">3.<span Times New Roman""> 

<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">очистка и вос­становление соединения,получение кремния в виде поликристалли­ческих стержней;

<span GOST type A",«sans-serif»;mso-fareast-font-family:«GOST type A»;mso-bidi-font-family: «GOST type A»;color:black">4.<span Times New Roman""> 

<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">конечная очистка кремния методомкристаллиза­ции;

<span GOST type A",«sans-serif»;mso-fareast-font-family:«GOST type A»;mso-bidi-font-family: «GOST type A»;color:black">5.<span Times New Roman""> 

<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">выращивание легированных монокристаллов

<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">

<span GOST type A",«sans-serif»"><img src="/cache/referats/17416/image010.jpg" v:shapes="_x0000_i1029">

<span GOST type A",«sans-serif»">Основныеэтапы производства кремния

<span GOST type A",«sans-serif»; mso-ansi-language:EN-US">

<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">

<span GOST type A",«sans-serif»;mso-fareast-font-family:«Times New Roman»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU; mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language:AR-SA">

<span GOST type A",«sans-serif»; color:black">Получение технического кремния

<span GOST type A",«sans-serif»; color:black">

<span GOST type A",«sans-serif»">Исходным сырьем для большинства изделиймикроэлектронной промышленности служит электронный кремний. Первым этапом егополучения является изготовление сырья, называемого техническим  (металлургическим) кремнием.

<img src="/cache/referats/17416/image012.gif" hspace=«5» vspace=«5» v:shapes="_x0000_i1030"><span GOST type A",«sans-serif»">

<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">Этот технологический этап реализуется спомощью дуговой печи с погруженным в нее электродом. Печь загружается кварцитомSiO2 и углеродом в виде угля, щепок и кокса. Температура реакции Т =1800 0С, энергоемкость W = 13 кВт/час. В печи происходит рядпромежуточных реакций. Результирующая реакция может быть представлена в виде:

<span GOST type A",«sans-serif»">SiC(тв) + SiO2(тв)

→<span GOST type A",«sans-serif»"> Si(тв) + SiO2(газ) + CO(газ)(1)

<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">Получаемый таким образом техническийкремний содержит 98

—<span GOST type A",«sans-serif»; color:black">99 % <span GOST type A",«sans-serif»; color:black;mso-ansi-language:EN-US">Si<span GOST type A",«sans-serif»; color:black">, 1 —<span GOST type A",«sans-serif»; color:black">2 % <span GOST type A",«sans-serif»; color:black;mso-ansi-language:EN-US">Fe<span GOST type A",«sans-serif»; color:black">, А<span GOST type A",«sans-serif»; color:black;mso-ansi-language:EN-US">u<span GOST type A",«sans-serif»; color:black">, В, Р, Са, <span GOST type A",«sans-serif»; color:black;mso-ansi-language:EN-US">Cr<span GOST type A",«sans-serif»; color:black">, <span GOST type A",«sans-serif»; color:black;mso-ansi-language:EN-US">Cu<span GOST type A",«sans-serif»; color:black">, <span GOST type A",«sans-serif»; color:black;mso-ansi-language:EN-US">Mg<span GOST type A",«sans-serif»; color:black">, <span GOST type A",«sans-serif»; color:black;mso-ansi-language:EN-US">Mn<span GOST type A",«sans-serif»; color:black">, <span GOST type A",«sans-serif»; color:black;mso-ansi-language:EN-US">Ni<span GOST type A",«sans-serif»; color:black">, <span GOST type A",«sans-serif»; color:black;mso-ansi-language:EN-US">Ti<span GOST type A",«sans-serif»; color:black">, <span GOST type A",«sans-serif»; color:black;mso-ansi-language:EN-US">V<span GOST type A",«sans-serif»; color:black">, <span GOST type A",«sans-serif»; color:black;mso-ansi-language:EN-US">Zn<span GOST type A",«sans-serif»; color:black"> и др.<span GOST type A",«sans-serif»">

<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">

<span GOST type A",«sans-serif»;mso-fareast-font-family:«Times New Roman»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU; mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language:AR-SA">

<span GOST type A",«sans-serif»">Получениятрихлорсилана (ТХС)

<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">

<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">Современная технологияполикристаллического кремния основана на процессе водородного восстановлениятрихлорсилана, восстановления тетрахлорида кремния цинком и пиролизамоносилана, Большую часть кремния (около 80 %) получают путем водородноговосстановления трихлорсилана (ТХС). Достоинства этого процесса

—<span GOST type A",«sans-serif»;color:black"> легкость и экономичность полученияТХС, эффективность очистки ТХС, вы­сокое извлечение и большая скоростьосаждения кремния (извле­чение кремния при использовании тетрахлорида кремниясостав­ляет 15 %, а при использовании ТХС —<span GOST type A",«sans-serif»;color:black"> не менее 30 %), меньшая себестоимостьпродукции.<span GOST type A",«sans-serif»">

<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">Трихлорсилан обычно получают путемгидрохлорирования крем­ния: взаимодействием технического кремния с хлористымводоро­дом или со смесью газов, содержащих хлористый водород, при тем­пературе260

—<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">400°<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">С.<span GOST type A",«sans-serif»">

<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">Процесс синтеза трихлорсиланасопровождается побочными реакциями образования тетрахлорида кремния и другиххлорсила-нов, а также галогенидов металлов, например А

<span GOST type A",«sans-serif»;color:black;mso-ansi-language:EN-US">l<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">С<span GOST type A",«sans-serif»; color:black;mso-ansi-language:EN-US">l<span GOST type A",«sans-serif»; color:black">3<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">,ВС<span GOST type A",«sans-serif»;color:black; mso-ansi-language:EN-US">l<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">3<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">, <span GOST type A",«sans-serif»; color:black;mso-ansi-language:EN-US">FeCl<span GOST type A",«sans-serif»; color:black">3<span GOST type A",«sans-serif»;color:black"> ит.д. Реакции получения хлорсиланов кремния являются обрати­мыми и экзотермическими:<span GOST type A",«sans-serif»">

<span GOST type A",«sans-serif»;color:black; mso-ansi-language:EN-US">Si

<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">(<span GOST type A",«sans-serif»;color:black;mso-ansi-language:EN-US">T<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">)<span GOST type A",«sans-serif»;color:black"> + ЗНС<span GOST type A",«sans-serif»; color:black;mso-ansi-language:EN-US">l<span GOST type A",«sans-serif»; color:black">(Г)<span GOST type A",«sans-serif»;color:black"> →<span GOST type A",«sans-serif»;color:black"> <span GOST type A",«sans-serif»; color:black;mso-ansi-language:EN-US">SiHCl<span GOST type A",«sans-serif»; color:black">3(Г)<span GOST type A",«sans-serif»;color:black"> + <span GOST type A",«sans-serif»;color:black;mso-ansi-language:EN-US">H<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">2(Г)<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">     (2)<span GOST type A",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:Arial;color:black"> <span GOST type A",«sans-serif»">

<span GOST type A",«sans-serif»;color:black; mso-ansi-language:EN-US">Si

<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">(<span GOST type A",«sans-serif»;color:black;mso-ansi-language:EN-US">T<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">)<span GOST type A",«sans-serif»;color:black"> + 4НС<span GOST type A",«sans-serif»; color:black;mso-ansi-language:EN-US">l<span GOST type A",«sans-serif»; color:black">(Г)<span GOST type A",«sans-serif»;color:black"> →<span GOST type A",«sans-serif»;color:black"> <span GOST type A",«sans-serif»; color:black;mso-ansi-language:EN-US">SiCl<span GOST type A",«sans-serif»; color:black">4(Г)<span GOST type A",«sans-serif»;color:black"> +2Н2(Г)        (3)<span GOST type A",«sans-serif»">

<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">При температуре выше 300

°<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">С ТХС в продуктах реакций почтиполностью отсутствует. Для повышения выхода ТХС температуру процесса снижают,что приводит к значительному замедлению ско­рости реакции (3). Для увеличенияскорости реакции (2) ис­пользуют катализаторы (медь, железо, алюминий и др.).Так, на­пример, при введении в исходный кремний до 5 % меди содержание ТХС всмеси продуктов реакции при температуре 265 °<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">С доходит до 95 %.<span GOST type A",«sans-serif»">

<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">Синтез ТХС ведут в реакторе «кипящего»слоя, в который сверху непрерывно подают порошок технического кремния сразмером час­тиц 0,01

— <st1:metricconverter ProductID=«1 мм» w:st=«on»><span GOST type A",«sans-serif»;color:black">1 мм</st1:metricconverter><span GOST type A",«sans-serif»;color:black">.Псевдоожиженный слой частиц толщиной 200 —<span GOST type A",«sans-serif»;color:black"> <st1:metricconverter ProductID=«600 мм» w:st=«on»>600 мм</st1:metricconverter> создают встречным потоком хлористоговодорода, который поступает в нижнюю часть реактора со скоростью 1 —<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">8 см/с. Этим самым обеспечиваетсяперевод гетерогенного химико-технологического процесса из диффузионной вкинетическую область. Так как процесс является экзотермическим, то длястабилизации режима в заданном интервале температур осуществляют интенсивныйотвод теплоты и тщательный контроль температуры на разных уровнях псевдоожиженногослоя. Кроме температуры контролируют расход хлористого водорода и давление вреакторе.<span GOST type A",«sans-serif»">

<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">Значительное влияние на выход ТХСоказывает присутствие примесей воды и кислорода в исходных компонентах. Этипримеси, окисляя порошок кремния, приводят к образованию на его поверх­ностиплотных слоев

<span GOST type A",«sans-serif»; color:black;mso-ansi-language:EN-US">SiO<span GOST type A",«sans-serif»; color:black">2<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">,препятствующих взаимодействию крем­ния с хлористым водородом и соответственноснижающих выход ТХС. Так, например, при увеличении содержания Н2О вНС<span GOST type A",«sans-serif»;color:black; mso-ansi-language:EN-US">l<span GOST type A",«sans-serif»;color:black"> с0,3 до 0,4 % выход ТХС уменьшается с 90 до 65 %. В связи с этим хлористыйводород, а также порошок кремния перед синтезом ТХС проходят тщательную осушкуи очистку от кислорода.<span GOST type A",«sans-serif»">

<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">Образующаяся в процессе синтеза ТХСпарогазовая смесь посту­пает в зону охлаждения, где ее быстро охлаждают до 40

—<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">130 °<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">С, в результате чего выделяются в видепыли твердые частицы примеси (хлориды железа, алюминия и др.), которые вместе счастицами непрореагировавшего кремния и полихлоридов (<span GOST type A",«sans-serif»;color:black;mso-ansi-language:EN-US">SinCl<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">2<span GOST type A",«sans-serif»;color:black;mso-ansi-language:EN-US">n<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">+2<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">) затем отделяются с помощью фильтров.После очистки от пыли (являю­щейся взрывоопасным продуктом) парогазовая смесьпоступает на конденсацию при температуре —<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">70 °<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">С. Происходит отделение <span GOST type A",«sans-serif»;color:black;mso-ansi-language:EN-US">SiHCl<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">3<span GOST type A",«sans-serif»;color:black"> и <span GOST type A",«sans-serif»; color:black;mso-ansi-language:EN-US">SiCl<span GOST type A",«sans-serif»; color:black">4<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">(температуры кипения 31,8 и 57,2 °<span GOST type A",«sans-serif»; color:black">С соответственно) от водорода и НС<span GOST type A",«sans-serif»; color:black;mso-ansi-language:EN-US">l<span GOST type A",«sans-serif»; color:black"> (температура кипения 84 °<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">С). Полученная в ре­зультатеконденсации смесь состоит в основном из ТХС (до 90—<span GOST type A",«sans-serif»;color:black"> 95 %), остальное —<span GOST type A",«sans-serif»;color:black"> тетрахлорид кремния, который отделяютзатем ректификацией. Выделяемый в результате разделения тетрахлорид кремния вдальнейшем используют для производства силиконов, кварцевого стекла, а такжедля получения трихлорсилана путем дополнительного гидрирования в присутствиикатализатора.<span GOST type A",«sans-serif»"><span GOST type A",«sans-serif»;mso-fareast-font-family:«Times New Roman»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU; mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language:AR-SA">

<span GOST type A",«sans-serif»; color:black">Очистка ТХС

<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">Получаемый ТХС содержит большое количествопримесей, очист­ка от которых представляет сложную задачу. Наиболее эффектив­нымметодом очистки является ректификация, однако осуществить полную и глубокуюочистку от примесей, имеющих различную фи­зико-химическую природу, применяятолько ректификацию, слож­но. В связи с этим для увеличения глубины очистки поряду приме­сей применяются дополнительные меры.

<span GOST type A",«sans-serif»">

<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">Так, например, для примесей, трудноочищаемых кристаллиза­ционными методами (бор, фосфор, углерод), необходиманаиболее глубокая очистка ТХС. Поэтому для повышения эффективности очистки этимикропримеси переводят в нелетучие или комплексные соединения. Для очистки отбора, например, пары ТХС пропускают через алюминиевую стружку при 120

°<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">С. Поверхность стружки, поглощая бор,приводит к почти полной очистке от него ТХС. По­бочно образующийся хлоридалюминия далее возгоняют при темпе­ратере 220—<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">250 °<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">С, а затем отделяют фракционнойконденсацией.<span GOST type A",«sans-serif»">

<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">Кроме алюминия могут быть использованысеребро, медь или сурь­ма. Добавка меди к алюминию позволяет одновременноочищать ТХС от мышьяка и сурьмы. Повысить эффективность очистки от борапозволяет также введение в ТХС пента- или оксихлоридев фос­фора. При этомобразуются нелетучие комплексные соединения фос­фора с бором состава РС

<span GOST type A",«sans-serif»;color:black;mso-ansi-language:EN-US">l<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">5·<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">ВС<span GOST type A",«sans-serif»; color:black;mso-ansi-language:EN-US">l<span GOST type A",«sans-serif»; color:black">3<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">или РОС13·<span GOST type A",«sans-serif»; color:black">ВС<span GOST type A",«sans-serif»; color:black;mso-ansi-language:EN-US">l<span GOST type A",«sans-serif»; color:black">3<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">,которые затем отде­ляют ректификацией. Перевод бора в нелетучие соединенияможет быть также осуществлен путем добавления в ТХС трифенилхлор­метана (илитриметиламина, ацетонитрила, аминокислоты, кетона и т. д.), приводящего кобразованию с бором комплекса типа (С6Н5)3С ·<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">ВС<span GOST type A",«sans-serif»; color:black;mso-ansi-language:EN-US">l<span GOST type A",«sans-serif»; color:black">3<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">,который затем удаляют ректификацией. Очистку от борсодержащих примесейосуществляют также адсорбцией в реак­торах, заполненных алюмогелем или другимигелями (<span GOST type A",«sans-serif»;color:black; mso-ansi-language:EN-US">TiO<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">2<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">, <span GOST type A",«sans-serif»; color:black;mso-ansi-language:EN-US">Fe<span GOST type A",«sans-serif»; color:black">2<span GOST type A",«sans-serif»; color:black;mso-ansi-language:EN-US">O<span GOST type A",«sans-serif»; color:black">3<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">, <span GOST type A",«sans-serif»;color:black;mso-ansi-language:EN-US">Mg<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">(<span GOST type A",«sans-serif»; color:black;mso-ansi-language:EN-US">OH<span GOST type A",«sans-serif»; color:black">)2) с последующей ректификацией ТХС.<span GOST type A",«sans-serif»">

<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">Для очистки от фосфора ТХС насыщаютхлором с переводом трихлорида фосфора в пентахлорид. При добавлении в растворхло­рида алюминия образуется нелетучее соединение РС

<span GOST type A",«sans-serif»;color:black;mso-ansi-language:EN-US">l<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">5 ·<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">А<span GOST type A",«sans-serif»; color:black;mso-ansi-language:EN-US">l<span GOST type A",«sans-serif»; color:black">С<span GOST type A",«sans-serif»; color:black;mso-ansi-language:EN-US">l<span GOST type A",«sans-serif»; color:black">3<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">,кото­рое затем удаляется ректификацией.<span GOST type A",«sans-serif»">

<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">Контроль чистоты получаемого послеочистки ТХС осуществля­ют методами ИК-спектроскопии, хроматографии, а такжеизмере­нием типа и величины проводимости тестовых образцов кремния, получаемыхиз проб ТХС. Тестовый метод существует в двух модифи­кациях. В соответствии спервой на лабораторной установке осаж­дением из газовой фазы получаютполикристаллический стержень кремния диаметром 10

—<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">20 мм. Далее из него бестигельнойзонной плавкой выращивают контрольный монокристалл, по типу прово­димости иудельному сопротивлению которого судят о чистоте ТХС. Для определенияконцентрации доноров проводят один проход зоны в аргоне или вакууме и получаютмонокристалл <span GOST type A",«sans-serif»;color:black; mso-ansi-language:EN-US">n<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">-типа,по удельному сопротивлению которого судят о чистоте по донорам (удельное сопротивление по донорам); дляопределения концентра­ции бора приводят 5—<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">15 проходов зоны в вакууме, врезультате чего получают монокристалл р-типа, по удельному сопротивлениюкоторого судят о чистоте по бору (удельноесопротивление по бору).<span GOST type A",«sans-serif»">

<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">По второй модификации тестового методамонокристалл крем­ния выращивают непосредственно из газовой фазы на монокристал­лическийстержень в миниатюрном кварцевом реакторе и далее измеряют его удельноесопротивление.

<span GOST type A",«sans-serif»">

<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">Остаточное содержание микропримесей вТХС после очистки не должно превышать, % мас: бора

—<span GOST type A",«sans-serif»;color:black"> 3·<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">10-8, фосфора—<span GOST type A",«sans-serif»;color:black"> 1·<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">10-7, мышьяка —<span GOST type A",«sans-serif»;color:black"> 5·<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">10-10, углерода (в виде углеводородов)—<span GOST type A",«sans-serif»;color:black"> 5·<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">10-7.<span GOST type A",«sans-serif»">

<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">По электрическим измерениям тестовыхобразцов остаточное содержание доноров должно обеспечивать удельноесопротивление кремния

<span GOST type A",«sans-serif»; color:black;mso-ansi-language:EN-US">n<span GOST type A",«sans-serif»; color:black">-типа не менее 5000 Ом·<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">см, а по акцепторам у кристаллов р-типа—<span GOST type A",«sans-serif»;color:black"> неменее 8000 Ом·<span GOST type A",«sans-serif»; color:black">см.<span GOST type A",«sans-serif»"><span GOST type A",«sans-serif»;mso-fareast-font-family:«Times New Roman»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:black;mso-ansi-language:RU; mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language:AR-SA">

<span GOST type A",«sans-serif»; color:black">Другие методы получения газовых соединений

<span GOST type A",«sans-serif»; color:black;mso-ansi-language:EN-US">Si<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">

<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">Технически и экономическиконкурентоспособным по сравнению с рассмотренным является также метод полученияполикристаллического кремния путем разложения силана

<span GOST type A",«sans-serif»;color:black;mso-ansi-language:EN-US">SiH<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">4<span GOST type A",«sans-serif»;color:black"> высокой чистоты. процесс получениякоторого сводится к следующему.<span GOST type A",«sans-serif»">

<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">Путем сплавления технического кремния имагния в водороде при 550

°<span GOST type A",«sans-serif»; color:black">С получают силицид магния <span GOST type A",«sans-serif»; color:black;mso-ansi-language:EN-US">Mg<span GOST type A",«sans-serif»; color:black">2<span GOST type A",«sans-serif»; color:black;mso-ansi-language:EN-US">Si<span GOST type A",«sans-serif»; color:black">, который затем разлагают хлоридом аммония по реакции

<span GOST type A",«sans-serif»;color:black; mso-ansi-language:EN-US">Mg

<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">2<span GOST type A",«sans-serif»;color:black;mso-ansi-language:EN-US">Si<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">+4<span GOST type A",«sans-serif»; color:black;mso-ansi-language:EN-US">NH<span GOST type A",«sans-serif»; color:black">4<span GOST type A",«sans-serif»; color:black;mso-ansi-language:EN-US">Cl→<span GOST type A",«sans-serif»; color:black;mso-ansi-language:EN-US">SiH<span GOST type A",«sans-serif»; color:black">4<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">+2<span GOST type A",«sans-serif»;color:black;mso-ansi-language:EN-US">MgCl<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">2<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">+ +4<span GOST type A",«sans-serif»; color:black;mso-ansi-language:EN-US">NH<span GOST type A",«sans-serif»; color:black">3<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">(4)

<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">в среде жидкого аммиака при температуре

—<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">30 °<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">С. Отде­ляемый моносилан далеепоступает на ректификационную очистку, в результате которой содержание примесейснижается до уровня менее 10-8 —<span GOST type A",«sans-serif»;color:black"> 10-7%.<span GOST type A",«sans-serif»">

<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">Известны и другие методы получениялетучих соединений крем­ния

—<span GOST type A",«sans-serif»; color:black"> хлорирование или иодирование технического кремния, про­дуктамикоторых являются тетрахлорид <span GOST type A",«sans-serif»; color:black;mso-ansi-language:EN-US">SiCl<span GOST type A",«sans-serif»; color:black">4<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">или тетраиодид крем­ния <span GOST type A",«sans-serif»; color:black;mso-ansi-language:EN-US">SiJ<span GOST type A",«sans-serif»; color:black">4<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">.<span GOST type A",«sans-serif»"><span GOST type A",«sans-serif»; mso-fareast-font-family:«Times New Roman»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; color:black;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language: AR-SA">

<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">Восстановлениеочищенного трихлорсилана

<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">Восстановлениеочищенного трихлорсилана

<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">и врезультате этого получение поликристаллического кремния проводят в атмосфереводорода<span GOST type A",«sans-serif»">

<span GOST type A",«sans-serif»;color:black; mso-ansi-language:EN-US">SiHCl

<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">3(Г)<span GOST type A",«sans-serif»;color:black"> + <span GOST type A",«sans-serif»; color:black;mso-ansi-language:EN-US">H<span GOST type A",«sans-serif»; color:black">2(Г)→<span GOST type A",«sans-serif»; color:black;mso-ansi-language:EN-US">Si<span GOST type A",«sans-serif»; color:black">(<span GOST type A",«sans-serif»; color:black;mso-ansi-language:EN-US">T<span GOST type A",«sans-serif»; color:black">) <span GOST type A",«sans-serif»;color:black">+ 3<span GOST type A",«sans-serif»;color:black;mso-ansi-language:EN-US">HCl<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">(Г)          <span GOST type A",«sans-serif»;color:black">(5)<span GOST type A",«sans-serif»">

<img src="/cache/referats/17416/image014.gif" hspace=«5» vspace=«5» v:shapes="_x0000_i1031">

<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">на поверхности разогретых кремниевыхстержней

—<span GOST type A",«sans-serif»; color:black"> основах диаметром 4—<span GOST type A",«sans-serif»; color:black">8 мм (иногда до <st1:metricconverter ProductID=«30 мм» w:st=«on»>30 мм</st1:metricconverter>), получаемых методом выращива­ния с пьедестала. Внекоторых технологиях вместо цилиндрических стержней используются пластинчатые(толщиной 1—<span GOST type A",«sans-serif»; color:black">5 мм и шириной 30—<span GOST type A",«sans-serif»; color:black">100 мм) с большей площадью осаждения. Материалом для выращиваниястержней служит высококачественный поликристаллический кремний. Поверхностьстержней <span Arial",«sans-serif»;color:black">–<span GOST type A",«sans-serif»;color:black"> основ подвергают ультра­звуковойочистке, травлению в смеси кислот (например, <span GOST type A",«sans-serif»; color:black;mso-ansi-language:EN-US">HF<span GOST type A",«sans-serif»; color:black">+ + <span GOST type A",«sans-serif»; color:black;mso-ansi-language:EN-US">HNO<span GOST type A",«sans-serif»; color:black">3<span GOST type A",«sans-serif»;color:black">),отмывке и сушке. К стержням <span Arial",«sans-serif»;color:black">–<span GOST type A",«sans-serif»;color:black"> основам для получения вы­сококачестве