способ изготовления исходного поликристаллического кремния в виде пластин с большой площадью поверхности и камера для осаждения кремния
Классы МПК: | C30B29/06 кремний C30B25/00 Выращивание монокристаллов путем химических реакций реакционноспособных газов, например химическим осаждением из паровой фазы C30B25/14 средства для подачи или выпуска газов; изменение потока реакционноспособных газов C30B25/18 характеризуемое подложкой |
Автор(ы): | Добровенский В.В., Канатаев Ю.А., Юлин М.К. |
Патентообладатель(и): | Закрытое акционерное общество "Панджшер-Холдинг" |
Приоритеты: |
подача заявки:
1999-11-02 публикация патента:
27.10.2000 |
Изобретение относится к области получения полупроводниковых материалов и может быть использовано для производства исходного поликристаллического кремния в процессе его осаждения из пара или парогазовой фазы силанов на нагретые основы. Технический результат - повышение производительности и рентабельности, снижение стоимости процесса. Способ включает размещение плоской основы в камере, подачу потока пара или парогазовой смеси вдоль поверхности плоской основы, нагревание плоской основы протекающим током, осаждение на плоскую основу кремния из пара или парогазовой смеси, извлечение плоской основы с кремнием из камеры, последующую обработку. В качестве плоской основы используют материалы с удельным сопротивлением в интервале 1
10-3 - 50 Ом
см, а последующую обработку производят срезанием осажденного кремния с плоской основы. Камера имеет корпус, держатели для плоских основ, установленные в корпусе с возможностью размещения плоских основ горизонтальными рядами, сопла для подачи пара или парогазовой смеси в пространство между рядами плоских основ, штуцер для вывода пара или парогазовой смеси. Введены токоподводы, подсоединенные к держателям. Сопла для подачи пара или парогазовой смеси установлены со стороны стенки корпуса, обращенной к длинной стороне плоской основы. Количество сопел выбрано не меньше двух для каждого промежутка между горизонтальными рядами. 2 с. и 12 з.п.ф-лы, 4 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4
![способ изготовления исходного поликристаллического кремния в виде пластин с большой площадью поверхности и камера для осаждения кремния, патент № 2158324](/images/patents/313/2158003/183.gif)
![способ изготовления исходного поликристаллического кремния в виде пластин с большой площадью поверхности и камера для осаждения кремния, патент № 2158324](/images/patents/313/2158003/183.gif)
Формула изобретения
1. Способ изготовления исходного поликристаллического кремния в виде пластин, включающий размещение плоской основы, подачу потока пара моносилана или парогазовой смеси трихлорсилана и водорода вдоль поверхности плоской основы, нагревание плоской основы протекающим током, осаждение на плоскую основу кремния из пара или парогазовой смеси, извлечение плоской основы с кремнием из камеры, последующую обработку, отличающийся тем, что в качестве плоской основы используют материалы, химически инертные к пару или к парогазовой смеси, с удельным сопротивлением в интервале 1![способ изготовления исходного поликристаллического кремния в виде пластин с большой площадью поверхности и камера для осаждения кремния, патент № 2158324](/images/patents/313/2158003/183.gif)
![способ изготовления исходного поликристаллического кремния в виде пластин с большой площадью поверхности и камера для осаждения кремния, патент № 2158324](/images/patents/313/2158003/183.gif)
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области получения полупроводниковых материалов и может быть использовано для производства исходного поликристаллического кремния в процессе его осаждения из пара или парогазовой фазы на нагретые основы. Известны различные способы получения исходного кремния, включающие размещение основы в камере, нагревание основы проходящим током, подачу потока парогазовой смеси вдоль поверхности основы, осаждение на основу кремния из парогазовой смеси, извлечение основы с кремнием из камеры (1, 2, 3). В этих способах в качестве основы для осаждения используют кремниевые стержни. Известен способ изготовления исходного поликристаллического кремния в виде пластин, включающий размещение плоской основы в камере, подачу потока пара моносилана или парогазовой смеси трихлорсилана и водорода вдоль поверхности плоской основы, нагревание плоской основы протекающим током, осаждение на плоскую основу кремния из пара или парогазовой смеси, извлечение плоской основы с кремнием из камеры, последующую обработку (4). Согласно способу получают исходный поликристаллический кремний осаждением на нагретые кремниевые основы в процессе водородного восстановления хлорсиланов или в процессе разложения моносилана. Основами являются кремниевые пластины шириной от 3,0 до 10,0 см, длиной до 120 см и толщиной от 0,1 до 0,5 см. Преимуществом этого способа по сравнению с предыдущими является некоторое увеличение скорости осаждения кремния. Ограничениями способа являются: трудность получения широких кремниевых пластин - плоских основ для ведения процессов водородного восстановления кремния с высокой производительностью, необходимость применения стартового разогрева основ с высоким удельным сопротивлением. Используемое в этом техническом решении устройство имеет кремниевые пластины, в пространство между которыми через сопло, установленное с узкой стороны плоских основ, подают поток пара или парогазовой смеси. Такое устройство имеет низкую производительность, обусловленную преимущественно малой площадью плоской основы. Наиболее близким устройством является камера, содержащая корпус, держатели для плоских основ, установленные в корпусе с возможностью размещения плоских основ горизонтальными рядами, сопла для подачи газовой смеси в пространство между рядами плоских основ, штуцер для вывода пара или парогазовой смеси (5). Однако эта камера предназначена для эпитаксиального наращивания слоя кремния и не служит для получения поликристаллического исходного кремния. Для нагревания плоских основ используется наружный ВЧ-индуктор, а ряд сопел установлен только со стороны стенок корпуса камеры, обращенных к коротким сторонам плоских основ. Кроме того, камера имеет один электродвигатель для поворота плоских основ и другой электродвигатель для поворота сопел, что усложняет конструкцию. Решаемая изобретением задача - повышение производительности и рентабельности производства исходного поликристаллического кремния, снижение стоимости и трудоемкости получения широких основ. Технический результат, который может быть получен при осуществлении заявленного способа, - упрощение процесса водородного восстановления, увеличение ширины плоских основ и количества получаемого исходного кремния, а также сокращение времени процесса и снижение расхода электроэнергии. Технический результат, который может быть получен при выполнении заявленного устройства, - улучшение технико-эксплуатационных характеристик и упрощение конструкции. Для решения поставленной задачи в известном способе изготовления исходного поликристаллического кремния в виде пластин, включающем размещение плоской основы в камере, подачу потока пара моносилана или парогазовой смеси трихлорсилана и водорода вдоль поверхности плоской основы, нагревание плоской основы протекающим током, осаждение на плоскую основу кремния из пара или парогазовой смеси, извлечение плоской основы с кремнием из камеры, последующую обработку, согласно изобретению в качестве плоской основы используют материалы, химически инертные к пару или парогазовой смеси, с удельным сопротивлением в интервале от 1![способ изготовления исходного поликристаллического кремния в виде пластин с большой площадью поверхности и камера для осаждения кремния, патент № 2158324](/images/patents/313/2158003/183.gif)
![способ изготовления исходного поликристаллического кремния в виде пластин с большой площадью поверхности и камера для осаждения кремния, патент № 2158324](/images/patents/313/2158003/183.gif)
![способ изготовления исходного поликристаллического кремния в виде пластин с большой площадью поверхности и камера для осаждения кремния, патент № 2158324](/images/patents/313/2158003/183.gif)
- в качестве плоской основы использовали графит;
- в качестве плоской основы использовали спрессованный и спеченный углеродный композитный материал, состоящий из 60-80% вес. порошка мелкозернистого графита с добавлением 20-40% вес. двуокиси кремния;
- в качестве плоской основы использовали кермет - спеченный композиционный материал, состоящий из 70-90% вес. окиси алюминия (Al2O3) и 10-30% вес. железа или никеля;
- в качестве плоской основы использовали проводящее кварцевое стекло, состоящее из 90 - 70% вес. двуокиси кремния и 10- 30% вес. окиси железа;
- в качестве плоской основы использовали углеродную ткань;
- в качестве плоской основы использовали кремнеземную ткань с пироуглеродным или пирографитовым покрытием;
- при размещении плоской основы в камере ее располагали рядами длинной стороной горизонтально, а подачу пара или парогазовой смеси вдоль поверхности плоской основы производили бы по меньшей мере двумя потоками для каждого промежутка ряда со стороны стенки камеры, обращенной к длинной стороне плоской основы;
- подачу пара или парогазовой смеси вдоль поверхности плоской основы производили по меньшей мере двумя потоками для каждого промежутка ряда со стороны стенок камеры, обращенных к коротким сторонам плоской основы;
- перед размещением плоской основы в камере ее отжигали при температуре, большей, чем температура нагревания плоской основы при осаждении;
- срезание осажденного кремния с плоской основы производили с сохранением на ней слоя осажденного кремния толщиной не менее 2 мм, после чего очищали бы поверхности среза шлифованием, травлением и отмывкой в деионизованной воде. Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата в известную камеру, содержащую корпус, держатели для плоских основ, установленные в корпусе с возможностью размещения плоских основ горизонтальными рядами, сопла для подачи пара или парогазовой смеси в пространство между рядами плоских основ, штуцер для вывода пара или парогазовой смеси, согласно изобретению введены токоподводы, подсоединенные к держателям, сопла для подачи пара или парогазовой смеси установлены со стороны стенки корпуса, обращенной к длинной стороне плоской основы, при этом количество сопел выбрано не меньше двух для каждого промежутка между горизонтальными рядами. Возможны дополнительные варианты выполнения камеры, в которых целесообразно, чтобы:
- была введена сетка, установленная в корпусе перед выходами сопел;
- были бы введены дополнительные сопла, установленные со стороны стенок корпуса, обращенных к коротким сторонам плоской основы, при этом количество дополнительных сопел было бы выбрано не меньше двух для каждого промежутка между горизонтальными рядами. Указанные преимущества, а также особенности настоящего изобретения поясняются вариантами ее осуществления со ссылками на прилагаемые фигуры. Фиг. 1 изображает конструкцию камеры (схематично), продольное сечение;
фиг. 2 - то же, что фиг. 1, вид сверху на фиг. 1 без крышки;
фиг. 3 - основу с осажденным кремнием, продольное сечение;
фиг. 4 - то же, что фиг. 3, поперечное сечение. Камера (фиг. 1, 2) имеет корпус 1, держатели 2 для плоских основ 3, установленные в корпусе 1 с возможностью размещения плоских основ 3 горизонтальными рядами. Камера также содержит сопла 4 для подачи пара или парогазовой смеси в пространство между рядами плоских основ 3 и штуцер 5 для вывода пара или парогазовой смеси. Токоподводы 6 подсоединены к держателям 2. Сопла 4 установлены со стороны стенки корпуса 1, обращенной к длинной стороне плоской основы 3. Количество сопел 4 выбрано не меньше двух для каждого промежутка между горизонтальными рядами. На фигуре 1 также схематично показаны крышка 7 камеры и выполненное в ней окно 8, трубопровод 9 для подачи пара или парогазовой смеси к соплам 4. В корпус 1 может быть введена сетка 10 (фиг. 1), установленная перед выходами сопел 4 для рассеивания потоков пара или парогазовой смеси. В конструкцию могут быть введены дополнительные сопла 11, установленные со стороны стенок корпуса 1, обращенных к коротким сторонам плоской основы 3. Количество дополнительных сопел 11 может быть выбрано не меньше двух для каждого промежутка между горизонтальными рядами. Через дополнительные сопла 11 может быть подано от 20 до 40% вес. от общего количества пара или парогазовой смеси для улучшения условий их перемешивания. Устройство работает следующим образом. После включения тока через токоподводы 6 происходит нагревание плоских основ 3 до температур от 1050 до 1200oC. После подачи в корпус 1 через сопла 4, а также при их наличии через дополнительные сопла 11, трихлорсилана (SiHCl3) и водорода (H2) происходит осаждение кремния из парогазовой фазы на плоские основы 3 по реакции: SiHCl3 + H2 = Si + 3HCl. Размещение сопел 4 со стороны стенки корпуса 1, обращенной к длинной стороне плоской основы 3, позволяет увеличить скорость и количество осажденного кремния. Осаждения кремния из пара моносилана производят на разогретые плоские основы 3 без участия водорода. В качестве химически нейтральных и проводящих материалов для изготовления плоских основ 3 могут быть использованы углеродные и композитные материалы на основе высокотемпературных окислов с добавлением углерода и металлов. Необходимую проводимость в материалах создают путем изменения состава и температуры спекания композитов. Выбор подходящей величины проводимости необходим и для правильной организации нагрева основы до требуемой температуры. При большой величине проводимости и большой ширине плоских основ 3 ток для их электронагрева можно ограничить до необходимых пределов лишь путем применения тонких плоских основ 3, прочность которых может оказаться недостаточной. Кроме того, необходимо последовательное включение плоских основ 3 в электрическую цепь, что может привести к нежелательному изменению cos
![способ изготовления исходного поликристаллического кремния в виде пластин с большой площадью поверхности и камера для осаждения кремния, патент № 2158324](/images/patents/313/2158001/981.gif)
![способ изготовления исходного поликристаллического кремния в виде пластин с большой площадью поверхности и камера для осаждения кремния, патент № 2158324](/images/patents/313/2158003/183.gif)
![способ изготовления исходного поликристаллического кремния в виде пластин с большой площадью поверхности и камера для осаждения кремния, патент № 2158324](/images/patents/313/2158003/183.gif)
![способ изготовления исходного поликристаллического кремния в виде пластин с большой площадью поверхности и камера для осаждения кремния, патент № 2158324](/images/patents/313/2158003/183.gif)
![способ изготовления исходного поликристаллического кремния в виде пластин с большой площадью поверхности и камера для осаждения кремния, патент № 2158324](/images/patents/313/2158003/183.gif)
![способ изготовления исходного поликристаллического кремния в виде пластин с большой площадью поверхности и камера для осаждения кремния, патент № 2158324](/images/patents/313/2158029/961.gif)
![способ изготовления исходного поликристаллического кремния в виде пластин с большой площадью поверхности и камера для осаждения кремния, патент № 2158324](/images/patents/313/2158003/183.gif)
![способ изготовления исходного поликристаллического кремния в виде пластин с большой площадью поверхности и камера для осаждения кремния, патент № 2158324](/images/patents/313/2158003/183.gif)
![способ изготовления исходного поликристаллического кремния в виде пластин с большой площадью поверхности и камера для осаждения кремния, патент № 2158324](/images/patents/313/2158003/183.gif)
![способ изготовления исходного поликристаллического кремния в виде пластин с большой площадью поверхности и камера для осаждения кремния, патент № 2158324](/images/patents/313/2158003/183.gif)
![способ изготовления исходного поликристаллического кремния в виде пластин с большой площадью поверхности и камера для осаждения кремния, патент № 2158324](/images/patents/313/2158003/183.gif)
![способ изготовления исходного поликристаллического кремния в виде пластин с большой площадью поверхности и камера для осаждения кремния, патент № 2158324](/images/patents/313/2158003/183.gif)
![способ изготовления исходного поликристаллического кремния в виде пластин с большой площадью поверхности и камера для осаждения кремния, патент № 2158324](/images/patents/313/2158003/183.gif)
![способ изготовления исходного поликристаллического кремния в виде пластин с большой площадью поверхности и камера для осаждения кремния, патент № 2158324](/images/patents/313/2158003/183.gif)
![способ изготовления исходного поликристаллического кремния в виде пластин с большой площадью поверхности и камера для осаждения кремния, патент № 2158324](/images/patents/313/2158003/183.gif)
![способ изготовления исходного поликристаллического кремния в виде пластин с большой площадью поверхности и камера для осаждения кремния, патент № 2158324](/images/patents/313/2158003/183.gif)
![способ изготовления исходного поликристаллического кремния в виде пластин с большой площадью поверхности и камера для осаждения кремния, патент № 2158324](/images/patents/313/2158003/183.gif)
![способ изготовления исходного поликристаллического кремния в виде пластин с большой площадью поверхности и камера для осаждения кремния, патент № 2158324](/images/patents/313/2158003/183.gif)
![способ изготовления исходного поликристаллического кремния в виде пластин с большой площадью поверхности и камера для осаждения кремния, патент № 2158324](/images/patents/313/2158324/2158324-2t.gif)
1. Патент ФРГ N 2854707, опубл. 1978 г. 2. Патент Японии N 52-21453, опубл. 1977 г. 3. Патент США N 4125643, опубл. 1978 г. 4. Патент ФРГ N 2541284, C 30 В 25/02, опубл. 1977 г. 5. Заявка Великобритании N 1560982, C 30 В 25/00, опубл. 1980 г.
Класс C30B25/00 Выращивание монокристаллов путем химических реакций реакционноспособных газов, например химическим осаждением из паровой фазы
Класс C30B25/14 средства для подачи или выпуска газов; изменение потока реакционноспособных газов
Класс C30B25/18 характеризуемое подложкой