Способ формирования слоя поликристаллического кремния на стержневой основе
Владельцы патента RU 2428525:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет (RU)
Изобретение относится к хлорсилановой технологии получения поликристаллического кремния и может быть использовано в производстве полупроводниковых материалов и электронных приборов. Способ осуществляют в реакторе путем водородного восстановления смеси хлорсиланов с термическим разложением силана и осаждения до необходимой толщины слоя поликристаллического кремния на нагретую до 1100-1200°С стержневую основу, при этом на кремниевую стержневую основу сначала осаждают поликристаллический кремний до получения слоя толщиной около 2 мм, затем поверхность этого слоя поляризуют приложением к ней положительного потенциала 8-10 В относительно основы и осаждают рыхлый слой поликристаллического кремния толщиной 1,5-2,0 мм, после чего поляризационный потенциал отключают и продолжают осаждение поликристаллического кремния до получения слоя необходимой толщины. Изобретение направлено на упрощение процесса снятия осажденного на стержневую основу слоя поликристаллического кремния. 1 ил.
Изобретение относится к хлорсилановой технологии получения поликристаллического кремния путем химических реакций водородного восстановления хлорсиланов и термического разложения полученного моносилана на нагретых стержневых основах и может найти применение в производстве полупроводниковых материалов и электронных приборов.
Известен способ получения поликристаллического кремния в виде широких пластин с малой концентрацией фоновых примесей (патент РФ №2222649, МПК С30В 28/14, С30В 29/06, С30В 25/18, С01В 33/02, опубликован 27.01.2004). Способ включает размещение в реакторе химически инертной к пару или парогазовой смеси плоской основы с удельным сопротивлением в интервале 1-10-3 до 50,0 Ом·см, подачу потока пара моносилана или парогазовой смеси силана с водородом вдоль поверхности плоской основы, нагревание основы протекающим током, осаждение на нее кремния, извлечение плоской основы с осажденным кремнием из реактора и срезание с нее кремния с сохранением осажденного слоя не менее 2 мм.
Недостаток способа состоит в трудности срезания осадившегося поликристаллического кремния.
Известен также способ получения поликристаллического кремния (патент РФ №2342320, МПК С01В 33/035, опубликован 27.12.2008). Прототип. Сущность способа заключается в следующем. Кремниевые стержни нагревают до температуры 1100-1200°С, прокаливают в среде водорода и травят хлористым водородом, образовавшимся в результате реакции тетрахлорида кремния и водорода при мольном соотношении (2-1):1. При приготовлении парогазовой смеси в испаритель вводят водород, тетрахлорид кремния и трихлорсилан с мольным отношением водорода к хлорсиланам (8-10):1 и поддерживают давление 0,6-0,8 мПа. Затем при температуре 1100-1200°С проводят гидрирование тетрахлорида кремния с образованием в зоне реакции дополнительного количества трихлорсилана. Вводимый и дополнительно полученный трихлорсилан восстанавливают водородом до силана, который разлагается на раскаленной поверхности с осаждением поликристаллического кремния. Отходящую парогазовую смесь подвергают ступенчатой конденсации при температуре минус 50-75°С с выводом хлорсиланов на ректификационное разделение и очистку от высококипящих хлорсиланов. Очищенные хлорсиланы направляют в испаритель на приготовление парогазовой смеси, а водород и хлористый водород направляют на сорбционное разделение с растворением хлористого водорода в абсорбенте и выделение водорода, который после компремирования до 0,8-1,0 МПа направляют на приготовление парогазовой смеси.
Недостаток способа по патенту №2342320 - трудность снятия осадка поликристаллического кремния со стержневой основы из-за высокой прочности сцепления осадка с основой. По этой причине после образования на стержнях достаточного слоя поликристаллического кремния стержни извлекают из реактора, распиливают на диски, центральную часть которых высверливают.
Поставлена задача упростить процесс снятия осадка поликристаллического кремния со стержневой основы.
Эта задача решена следующим образом. В соответствие с прототипом способ заключается в том, что в реакторе производят водородное восстановление смеси хлорсиланов с термическим разложением силана и осаждением до необходимой толщины слоя поликристаллов кремния на нагретую до 1100-1200°С стержневую основу, после чего слой поликристаллического кремния снимают с основы.
Согласно изобретению на стержневую основу сначала осаждают поликристаллический кремний до получения слоя толщиной около 2 мм, затем поверхность его поляризуют посредством приложения к ней положительного потенциала величиной 8-10 В относительно основы и продолжают осаждение кремния до получения рыхлого слоя толщиной 1,5-2,0 мм, после чего прекращают поляризацию поверхности и продолжают осаждение кремния до получения слоя необходимой толщины.
Известно, что величина адсорбции и избыточная поверхностная энергия зависят от потенциала поверхности твердого тела (В.С.Багоцкий. Основы электрохимии. М.: Химия, 1988, стр.228-231). С изменением потенциала меняется плотность избыточных зарядов на поверхности твердой фазы. Результатом увеличения потенциала поверхности является снижение адгезии осадка к основе, т.е. формирование более рыхлой структуры осадка. На использовании этой закономерности и основано предлагаемое изобретение.
Сущность изобретения состоит в том, что между стержневой основой и основным (товарным) слоем поликристаллического кремния создают слой рыхлого поликристаллического кремния, который сравнительно легко разрушается под механическим воздействием.
Способ выполняется следующим образом. На нагретую до 1100-1200°С кремниевую стержневую основу сначала осаждают поликристаллический кремний до получения слоя толщиной около 2 мм, поверхность которого поляризуют посредством приложения к нему положительного потенциала от источника постоянного тока напряжением 8-10 В и продолжают осаждение кремния до получения рыхлого слоя толщиной 1,5-2,0 мм. После этого источник постоянного тока отключают, и осаждение поликристаллического кремния продолжают до получения слоя необходимой толщины. Сформированный приведенным способом слой поликристаллического кремния позволяет упростить процесс снятия основного (товарного) слоя поликристаллического кремния со стержневой основы за счет наличия рыхлого слоя поликристаллического кремния.
Последовательность выполнения операций при осуществлении способе формирования слоя поликристаллического кремния показана на примере работы устройства, схема которого изображена на чертеже. Устройство представляет собой реактор, в котором размещена U-образная стержневая основа 1, соединенная для нагрева с источником переменного тока и закрепленная в крышке 2 реактора с помощью изоляторов 3. В одном из изоляторов на расстоянии около 2 мм от поверхности основы 1 установлен игольчатый электрод 4, который после осаждения на основу 1 слоя поликристаллического кремния 5 контактирует с поверхностью этого слоя. Игольчатый электрод 4 соединен с источником постоянного тока 8 напряжением 8-10 В относительно основы. Величина напряжения берется из расчета, чтобы в самых удаленных точках основы потенциал поверхности слоя 5 относительно основы 1 составлял не менее 2 В.
Цикл получения поликристаллического кремния и формирования его слоя начинается с вакуумирования реактора, нагрева кремниевой стержневой основы 1 до 1000-1200°С и подачи в реактор хлорсилановой смеси и водорода. На поверхность основы 1 осаждается слой 5 поликристаллического кремния. После достижения толщины осаждаемого слоя кремния около 2 мм происходит контакт поверхности слоя с игольчатым электродом 4 и подача на слой 5 от источника постоянного тока 8 положительного потенциала 8-10 В относительно основы. За время, равное времени наращивания слоя 5, при положительной поляризации его поверхности, на него осаждается рыхлый слой 7 поликристаллического кремния. При достижении толщины рыхлого слоя 7 величины 1,5-2,0 мм источник постоянного тока 8 отключают, после чего формируют основной слой 7 поликристаллического кремния нужной толщины.
Технический результат изобретения: упрощение процесса снятия осажденного на стержневую основу слоя поликристаллического кремния.
Способ формирования слоя поликристаллического кремния на стержневой основе, заключающийся в том, что в реакторе производят водородное восстановление смеси хлорсиланов с термическим разложением силана и осаждение до необходимой толщины слоя поликристаллического кремния на нагретую до 1100-1200°С стержневую основу, отличающийся тем, что на кремниевую стержневую основу сначала осаждают поликристаллический кремний до получения слоя толщиной около 2 мм, затем поверхность этого слоя поляризуют приложением к ней положительного потенциала 8-10 В относительно основы и осаждают рыхлый слой поликристаллического кремния толщиной 1,5-2,0 мм, после чего поляризационный потенциал отключают и продолжают осаждение поликристаллического кремния до получения слоя необходимой толщины.
