Způsob čištění křemíkových tyčinek

Číslo patentu: 238329

Dátum: 01.10.1987

Autori: Vošta Jan, Laskafeld Dušan, Slepánek Antonín

Stiahnuť PDF súbor.

Zhrnutie / Anotácia

Podstata vynálezu spočívá v tom, že po usazení křemíkových tyčinek je bezprostředně před zahájením růstu odstraněna znečištěná povrchová vrstvička leptáním ve vodíku při teplotě povrchu křemíkových tyčinek 1130 až 1200 °C po dobu nejméně 5 minut. Během leptání ve vodíku je udržován přetlak alespoň 10 kPa a průtok vodíku je udržován během leptání povrchu křemíkových tyčinek pod 15 litru/h vztaženo na 1 cm délky křemíkové tyčinky. Teplota povrchu křemíkových tyčinek je během leptání udržována přednostně na hodnotě 1140 až 1180 oC po dobu 10 až 30 minut.

Text

Pozerať všetko

Vynález se týká způsobu čištění křemíkových tyčinek před zahájením růstu polykrystalického křemíku.Způsob výroby polykrystalickěho křemíku pro polovodiče se provádí růstem jemné krystalického křemíku ze směsi vhodného reakčního plynu, obvykle směsi silanu nebo chlorsilanů s vodíkem. Růet Je zahaaován na tenké tyčince z čistého křemíku, připravené obvykle vytažením z taveniny křemíku za podmínek zaručujících co největší čistotu tyčinky se usadí doproudových přívodů ukončených vysoce čistým grafitem a půchodem proudu se rozžhaví na vhodnou.reakční teplotu, obvykle kolem 1100 °G Při nižší teplotěé je rychlost nízká., při vyšší teplotě ,je křemík příliš hrubě krystalický a pro další zpracování nevhodný. Po rozžhaveni tyčínek se do reaktoru začne dávkovat reakční plyn apna tenké tyčin» ce postupně narůstá vrstvaipolykrystalibkého křemíku. Po dosažení potřebného průměru tyčí polykrystaliokého křeníku se dávkování plynu přeruší, tyče se nechají postupněêzchladnout a z vnitřníhuapovrchu reaktoru se odstraní ulpělé vedlejší produkty reakce oplachem kapalnými chlorsilany. Reaktor se otevře, tyče se zamění za tenké křemíkové tyčinky a celý cyklus se opakuje. Hàteà riäl vnitřních stěn reaktoru je obvykle z korozivzdornch materiálů. Vnitřní stěny jsou dokonale chlazeny, aby docházelo k co nejmenšímustepelnému namáhání a korozi mater 1 á 1 u,a-tím k co nejmenšímu přenosu nečistot z mteriálu reaktoru do deponujícího se křemíku. Tento proces, který zatím jedin umožňuje dosažení nejvyšší možné čistoty. má nevýhodu především v tom, že je přetržitý. Při manipulacemi s tyčemi a tenkými tyčinkami se ne 1 ze.zatim vyhnout tomu, aby při jejich záměněvnebyly uvedeny vnitřní plochy reaktoru do styku s atmosférou. Reakční složky tak reagují se vzdušnou vlhkosti a na Vnitřních stěnách se usazují prachově částice. Situaci zhoršuje skutečnost, že jednou z vedlejších zplodin reakce růstu je silně korozivni chlorovodík a všechny chlorsilanydychtivě reagují se vzdušnou vlhkostí za vzniku chlorovodílçu apevných, kyslík obsahujících látek. Tím vzniká na vnitřním povrchu reaktoru vrstva obsahující produkty částečně koroze materiálwreaktoru a pevné částice vzrziklé hydrolýzou chlorsilaŕní i usazené ze vzduchu. Odsuaňování této vrstvy pravidelným čištěním,rozpouštěním v roztocíoh louhů či kyselín, vede vždy k podstatném zhoršení kvality deponovaného polykrystaliokého křemíku, zvyéšująpruonost a snižuje produktivitu zařízení. Všechny tyto efekty jsou zvláště výrazne u velkých a vysoce produktivních zařízení. Tonké tyčinky křemíku mají na svém povrchu vždy tenkou vrstvu přirozenćho oxidu, který vzniká i. při pouhém kontaktu se vzduchom při normální teplotě. oxidová vrstva obsahuje rovněž absorbovanou vodu a prachově čáatice, ulpělé při manipxúaoi na vzduchu V prů vběhu růstu, hlavně pak na jejím poäátku, se na této vratvě ještěuklädají pevné částice z ostatních částí reaktor-u transportempřes plynnou fázi, stejněi tak jemněšrozptýlený grąíit z miniatur- . nich oblouků, které vznikají vždy v počátečních fázích rozžhavení horských Hemíkovýoh tyčinek v místech jejich kontaktu s grantový ü průohodkhnis Osudová vrstva s příměsí nitridu lcřemíku se zabudovanými nebo ulpělými heterogemúmi částicemi pakŕpůsobí značné p potíže. při převádění tyčí polykrystnlickěho křemíku na pmnomstal. oàridová vrstva i hydrolytickě částice obsahující kyslík přeoházejí přii tąvení za sníženého tlaku na plynny monoxid křemíku. vrstvy eĺčistice obsahující nitrid lďemíku se za těchto podmínek rozklá-ídají za vzniku dusíka. Obe plynnêí produkty působí vystřikorváníĺtavoniny ohrožujícííchod zařízení. Špatně rozpustné heterogezmí čásq tito, jako je grafit, prachové částice, produkty koroze, pal pásm y bí potíže při rüstu monokzwstalu, zvláštěpak bezdialokačního mo nokrysulą a znesmdňují nebo znemožřnxjí zavádění postupu majłících 2 m cíl intenzifikaoi celého procesu růsüzgbezdislokačních velkoprůměrovýoh monokrystalů a monokrystalů při prvním průchodu letné. zóny.Tyto nevýhodyodstrařrpije způsob čištění křemíkových tyčínek před zahájenírůstu polykrystalickéhw lcřemíku po odstranění ulipělých nečistot vhodným smáčedlem a následným oplechem deionizovanou vodou podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že po usazení křemíkových tyčínek je bezprostředně před zahájením Arůstu odstraněnä znečištěná povrchová vrstvička leptáním ve vodíku při teplotě povrchu křemíkových tyčinek M 30 .x 1200 °C po dobunejméně 5 minut. Během leptání ve vodíku je udržován přetlak àlespoň 10 kPa a průtok vodíku je udržován během leptání povrchu křemíkových tyčinek pod 15 litrů/h vztaženo na 1 cm délky křemíkové tyčinky.Teplota povrchu křemíkových tyčinek je během leptání udržována přednostně na hodnotě 11 h 0.ñ 1180 °C po dobu 10.g 30 minut.způsobem výroby podle vynálezu lze připrąvit polykrystalický křemík který lze převádět na bezdisíokační monokrystal podstatně snáze a rychleji než polykrystalický křemík vyrobený běžným postupem. Například dobu tavení vsádky při výrobě monokrystalů tažením z kelímku lze zkrátit až o dvě hodiny nebo Je možné připravit zztakového polykrýstalického křemíku bezdislokační monokrystal již při prvém průchodu letné zóny.Provedení vynálezu je dále vysvětleno takto Teplota povrchu křemíkovýoh tyčinek je volena tak, aby došlo k úplnému odstranění oxidové vrstvičky, která je×jedním z hlavních nositelů znečištění. Rychlost odleptávání oxidové vrstvičky je silně ovlivněna. teplotou a teprve při teplotě kolem 1150 °C je vrstva oxidu, resp. smě.si oxidu s nitridem vzniklá při přípravě a skladování křemíkových tyčinek odleptána v době několika desítek minut. Při teplotách~ povrchu křemíkových tyčinek nad 1200 °C je vrstvička sleptána ae několik málo minut, zatímco při teplotě 1100 °c ,je rychlost leptání vrstvičky prakticky nulová. Teplota povrchu křemíkových tyčinek je měřena, jak je to v těchto případech obvyklé, pyrometrem s mizejícím vláknem bez korekce na emisivitu. Během odleptävání vrstvičky 2 povrchu křemíkových tyčinek musí být dále zabráněno přenosu heterogenních částic jako jsou produkty hydrolýzy chlorsilanú, ulpělý amorfní křemík s adsorbovanou vodou, produkty koroze atd., z vnitřního povrchu reaktoru. Přenos heterogenních částiazje omezen především tím, že povrch křemíkové tyčinky je odleptáván a případně usazená částice je po odleptání vrstvy, na které ulpěla, odnesena proudem plynu. Je ovšem nutné, abý odleptávání neskončilo dříve než uvolňování heterogenních částic. Teplota,resp. z ní odvozená leptací rychlost, má proto 1 svou horní hranici. Přenos heterogenních částic na povrch křemíkové tyčinky je značně omezen při omezené turbulenci plynné směsi v reaktoru, čehož lze dosáhnout přiměřeným snížením průtoku vodíku přes reaktor tak, aby poměrně klidné přirozené proudění nepřecházelo ani mstně ve vynucené turbulentní proudění. Snížený průtok vodíku ovšem vyvo 238 329lá zvýšená riziko zpětné difúze heterogenních částic z tecbnoíogíckých rozvodů, na které je reaktor připojen. Zpětnou difúzi lze podstatné omezít snížením průchodnosti výstupního potrubí nejlépe tak, že v reaktoru vznikne mírný přetlak. Přiměřeně dlouhá doba leptání a klidné přirozené proudění v reaktoru rovněž podstatně omezí přenos uhlíkových částic na povrch křemíkové tyčinky z miniaturních oblouků na místě styku křemíková tyčinka grafitová průchodka. Bylo pozorováno, že miniaturní oblouky vymizí během několika minut. Každé zvýšení čistoty povrchu křemíkových tyčinek učiníicelý postup efektivněäší. K tomu slouží mytí křemíkových tyčinek v detergentua Jejich uložení v bezprašném prostředí. Tento způsob také umožňuje dosažení reprodukovatelnější tlouštkyvrstvičkyrna povrchu v porovnání se způsoben dříve používaným, kterým je leptání ve směsi kyseliny íluorovodíkové a dusičné.Eraktioké využití vynálezu je uvedeno pomocí příkladuTenké křemíkové tyčinky připraven tažením z taveniny křemíku V argonu se omyjí 0,1 .i ý 96 roztokom oktadecenyl-B-sulfonanu sodnéhov destilovaé vodě teplé 60 °C s dvojnásobným oplachem destilovanou nebo demineralizovanou vodou zbavenou prachovych částio a ještě vlhké se zavaří do polyetylénového sáčku. Až do doby použití,min. 2 h h, se uloží v sušárně při teplotě 60 ad 80 °C. Pak se usadi do grafitových koncovek proudových přívoüů reaktoru, reaktorse uząvře a po pětinásobném proplachu suchýmdusíkem podle objemu reaktoru se vpustí suchý a bezprašný vodík. Tenké tyčinky se nmžhaví půchodem proud na teplotu 1180 °C. V reaktoru se nastaví přetlak 10 kPa při průtoku vodíku 15 litrů/h vztaženo na 1 om délky křemíkové tyčinky a udžuje se po dobu 30 minut. Po uplynutí této doby se sníží teplota tenkýoh tyčinek na 1100 °c a zahájí se dávkování trichlorsilanu s koncentraoí odpovídající molárnímu zlomku 0,1. Po dalších 60 min se zruší přetlak v reaktoru a molární zlomek trichlorsilan se upraví na hodnotu 0,ą 5. Při této koncentraci tríchlorsilanu pak probíhá růst polykrystalického křemíku až do dosažení žádaného průměru tyčí.

MPK / Značky

MPK: C30B 33/00

Značky: křemíkových, tyčinek, čištění, způsob

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/6-238329-zpusob-cisteni-kremikovych-tycinek.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Způsob čištění křemíkových tyčinek</a>

Podobne patenty