Способ осаждения полупроводникового кремния

.5 Ы , 17829 5 С 01 В 33/О ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН упроводни я, 1969, с тес) пооду,1989.0.12.89.УПРОВОДния особоемния, исрганичеию особо мния, исмате иаАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометалпической промышленности(56) Реньян В,Р. Технология полкового кремния, М.: Металлурги23-26.Рецэпп 9 т)е Ьсцге оуроузсопПроспект фирмы "Опоп СагЫбе"бПатент ФРГ М 2854707,кл. С 30 В 325/08, В 01,3 17/32, 1(54) СПОСОБ ОСАЖДЕНИЯ ПОЛНИКОВОГО КРЕМНИЯ(57) Назначение: к области получечистого поликристаллического кр Изобретение относится к нес ской химии, конкретно к полученчистого поликристаллического кре пользуемого в качестве исходного р па в полупроводниковой технике.Известен способ получения полупроводникового кремния из смеси водорода с тетрахлорсиланом и трихлорсиланом.Недостатком этого способа, особенно при использовании смеси водорода с тетрахлорсиланом, является низкая скорость осаждения кремния, а также большой расход водорода и электроэнергии, извлечение пользуемого в качестве исходного материала в полупроводниковой технике путем термического разложения смеси трихлорсилана с водородом на кремниевых подложках, установленных вертикально в реакторе, при пропускании через них электрического тока с образованием смеси ди-, три- и тетрахпорсилана в качестве побочных продуктов реакции, возврата ди= й"трйхпорсилана на разложение. Сущность: образующийся на выходе реактора тетрахлорсилан предварительно смешиваютс моносиланом и возвращают на стадию термического разложения, и ри этом количество моносилана от общего количества хлорсиланов, подаваемых в реактор, составляет 20-50 об,;. Коэффициент извлечения кремния в зависимости от доли моносилана от 17,2 до 230. 1 ЬЗ кремния менее 10/О, скорость осаждения 0О кремния около 1 кг/ч.При использовании смеси водорода с трихлорсиланом скорость осакденйя кремния повышается, однако существенная часть трихлорсилана гидрохлорируется, в а результате чего на выходе реактора понижается доля трихлорсилана в смеси хлорсиланов и повышается доля тетрахлорсилана, что снижает экономические показатели про-изводства, поскольку процессы осаждения кремния проводят в режиме рециркуляции, непрореагировввшие трихлорсилан и дихпорсилан конденсируот, очищаОт и вновьнаправляют на восстановление.Известен также способ осаждениякремния высокой чистоты на разогренаемых прямым пропусканием электрического 5тока до температуры 850 С кремниевыхподлакках, устанавливаемых вертикально нреакторе, при котором н качестве кремнийсодержащего редгента используот моносилдн, 10Этот известный способ обладает следующими Основными недостатками.Скорость осаждения кремния недостаточно высока, так как необходимо разбавлять манасила водородом и Ограничивать 15подачу реагентов, чтобы уменьшить выпадение аморфного кремния н объеме реактора и осаждение его на стенках, На практикедаже при всех известных технологическихрееИях не менее 10,4 кремния теряется 20безвозвратно,Б качестве прототипа предлагаемогоизобретения выбран способ осдкдения чис-.того полупроводникового материала, преимущественно кремния, путем термического 25разложения газообразОго соединения этогополупроводникового материала из разограваемых прямым пропусканием электрического тока до температуры разлокенияподлокках из того ке материала, при котором 30для получения кремния используОт смесьтрихлорсилана и водорода, прлчем доллтрихлорсилана равна 30-60% объемных, адолл водорода составляет от 40 да 707 О объемных, 35Недостатком этого известного способаявляется низкий коэффициент изгле ациякремния из трихлорсилана, на более 11 -17, при скорости осаждения кремния около 4,0 кг/ч. г 10Непрореагираваншал часть трихлорсилана гидрохлорируется частично до тетрахлорсилацд. В среднем на нь:оде израакторд в газовой смеси хлорсилдцав оказывается около 70 абьемных тетрахлорсилана и только 30% объемных трихлорсиланаи около 0,17 ь объемных дихлорйипа а,Цел,о изобретения является увеличениескорости Осаждения и коэффлциацта извлечения кремния за счет увеличения доли дихлорсилана и трихлорсилана ца ньхода изреактора; а также за счет предотвращенияобразавация аморфного кремния,Поставленная цель достигастся способам осаждений полупроводникового кремния путем термического разлакения смеситрихлорсилана с водородом на кремниевыхподложках, установленных вертикально вреактоое, при прапускании через них электрического тока с образованием смеси ди-,три- и тетрзхпарсилацд в качестве пабоцццх продуктон реакции, возврата ди- и трихлорсилана ца раэлокение, при котгром образуощийся нд выходе реактора тетрахларсилан праднарительно смешинаОт с моцосилдцом и назнрлщдОт на стадло термического разложения, при этом количество моцосилана от общего количество хлорсиланон, подаваемых н реактор, составляет 20-50 Д объемных,Изнастн. технлцеские реЦенил, в которых используот в кдчсстне крамцийсодерждщега компонента маносипдц, однао нэтом слуцае скорость Окаждаций кремния не удаатся получить достаточна ньсокой из-завыпадения аморфного кремния н объеме реактора ицд аго станках, Для уменьшения влияния этого нежелательного эффекта приходится разбавлять моносилдн водородом, умегьшдть его расход, снижать тампердтуру поверхности кремниевых стержней.Использование тетрахлорсилдцд вместо трлхпорсилана или совместно с трихлорсипаном но всехслучаях снижает скорость осаждения и извлечения кремния, д также дал:а трихлорсилана и дихлорсилана в смеси хлорсипдОв нд выхода реактора по срдннанио с использованием только смеси водорода с трихларсиланом,При подаце на вход реактора в качестве кремнийсодаржащих компонентов хлорсилацон и моносилана образуащийся в результдте химических реакций хлористый водород препятствует образонанио аморфного кремнияпрактически мгновенно переводя его н различные виды хлорсипднон,Причем н силу выбранных условий термодицалика систсмц Р-Н-С такова, что объемные доли трихлорсилана и дихлорсилана суммарно превышают объемные доли тетрахпарсипднд д выхода реакторон.Б известцам аашении увалицецие плотности подачи моцосллана дпя повышения скорости осажлеция кремния тармадиндмичсски ненцгодцо, так кдк надет к ныцддециоаморфного кремния н объеме реактора и на его стенках; что является принципиальным цадостдтка способа.В предлагаемом решении выпадение аморфного крамния н аб: еме реактора и нд его стенках цаьозможцо,Отметим, что предлагаемый способ г:ознопяат ширака использовдт: тетрахпарсилац, сохраня высокие техника-экацоличаскиа показатели производства, что недасти:кима на асах других известных способах,П рм а р 1. Проводилось 5 экспериментов в установка с высотой стержней 2,0 м, количеством старжнаи - 1 О, Начальныйдиаметр кремниевых стержней-подложек - 7 мм. Конечный диаметр около 110 мм, масса получеццого кремссия около 830 кг,После начального ссдгревд стеркнейподложек с помощью плазмотроца и подведе ция повышенного напряжения температура поверхности стержней поддерживалась на уровне 1050 С, При этом сила тока изменялась от 35 А до 2000 А.В каждом эксперилгенте малярное отца шение водорода к кремцийсодержащим компонентам поддерживалось цд уровне 5:М=- - , - =-5,Н 2 3 С 4 + ЯН 4 Доля монасилдна в смеси кремнийсодержаших компонентов для каждого процесса была 60; 50; ЗЗ; 20,5; 16,6 аб, %.Результаты испытании сведецы в табли цу "Иэ дссдлиза резульгдтав следует, что предпочтительно поддерживать отношениеВН 4 х 1003 С 4 + ЯН 4Если величина 0=60%, то отношениереального выхода кремния к равновесномуснижается до 55%, следовательно, испальзование моносилацд ухудшается, что экономически нецелесообразно,Если величина 0=16,6%, то доля тетрахлорсилдца в смеси хлорсиланов возрастает,долл дихлорсилдна мала, 358 результате зкономические показатели процесса сссижаются,Оптимальные результаты, по совокупности параметров (скорость осаждениякремния, долл трихлорсилана и дихларсилдна в смеси хларсилднов ца выходе реактора,степень использования массосиласса), достигдсотся когда 20%050%.О прототипе коэФфициент извлечениякремния це более 11-17% при скорости 45 осаждения ссремссия около 4 кгч, в предлагаемом способе, в зависимости от доли моцосилацд, - от 17,2 до 33%,Использование предлагаемого способа ведения процесса осаждения кремния обеспечивает по срдвцениса с существующими способами следусащие преимущества;повышение скорости осаждения кремния при высоком значении коэффициента извлечения кремния; в существующих способах повышение скорости осаждения кремния связано с увеличением расходов кремцийсодержагцих какгпонентов, что ведет к ссссгжессисо коэффициента извлечекияОо креюссгя;увеличение доли трихлорсилана и дихлорсилаца в смеси хлорсиланов на выходе реактора повышает технико-экономические показатели производства, так как трихлорсилан и дихлорсилац после отделения от тетрахларсилаца, хлористого водорода, водорода и очистки использусотся повторно,Формула изобретения Способ осаждения полупроводникового кремсия путем термического разложения смеси трихлорсилана с водородом на кремниевых подложках, установленных вертикально о реакторе при прапускании через них электрического тока с образованием на выхода из реактора смеси ди-, три- и тетрахлорсилана в качестве побочных продуктов реакции, возврата ди- и трихлорсилана на разлажсцие, отлича сощийся тем,что, с цельсо увеличения скорости осаждения и коэффициента извлечения кремния за счет увеличения дали дихлорсилана и трихлорсилана в образовавшейся смеси, а также за счет предотвращения образования аморфного кремния, образусащийся на выходе реактора тетрахлорсилан предварительно смешссвдсот с монасиланом и возвращают на стддгва термического разложения, при этом количество массосилана от общего количества хлорсйланав составляет 20 - 50 об. %1782936 3000 3000 3000 3000 3000 83,4 83,4 83,4 83,4 83,4 360 300 200 120 100 10 8,3 3,35,5 2,77 240 400 300 480 500 6,6 8,3 13,3 13,85 60 20 33 16,7 5,6 2,86 5,18 4,16 2,44 31,3 33 24,8 17,2 14,5 ЯНСз,об на выхо е 5,7 6,35 5 18 3,08 2,86 875 896 Н 2 об ф на выхо е 853 846 1,01 10,2 ЯС , обна выхо е 1,41 6,4 11,0 0,072 НС, обна выхо е 0,096 0,5 1,29 148 ЯН 2 С 2, обна выхо 3,63 3,24 0,475 0,1 0,0084 зиэв.В авн. 70 60 80 84 Редактор Заказ 44 Ь 7 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 Расход водорода,моль/ч Объмная долевая часть водорода на вхое еакто а,Расход моносилана,моль/ч Объмная долевая часть моносилана на вхо е еакто а,Расход тетрахлорсилана моль/ч Объмная долевая часть тетрахлорсилана на вхо е еакто а,Скорость осажденияк емния кг/ч Коэф.извлечения, кремния,Составитель А. КруглякТехред М.Моргентал Корректор Л. Филь