Кремний

Производство кремния-сырца

Производство кремния-сырца

Производство кремния-сырца

Кремний, используемый в производстве полупроводников, состоит из кварца. Кислород, который очень быстро реагирует с кремнием даже при комнатной температуре и который присутствует в кварце в связке с кремнием в виде диоксида кремния SiO 2 , должен быть удален. Это делается чуть выше точки плавления кремния (1414 ° C) в печах с использованием углерода. При 1460 ° C кислород расщепляет кремний и реагирует с углеродом C с образованием монооксида углерода CO:

SiO 2 + 2C  Si + 2CO

Железо предотвращает реакцию кремния и углерода с образованием карбида кремния. При этих температурах окись углерода находится в газообразном состоянии и может быть легко отделена от расплавленного кремния. Однако необработанный кремний по-прежнему сильно загрязнен. В нем содержится до 5% примесей, таких как, например, железо, алюминий, фосфор и бор. Эти вещества необходимо удалять в дополнительных процессах.

Очистка сырого кремния

Используя трихлорсилановый процесс, многие примеси отфильтровываются дистилляцией. Неочищенный кремний и хлористый водород HCl реагируют при температуре около 300 ° C с образованием газообразного водорода H 2 и трихлорсилана SiHCl 3 :

Si + 3HCl  SiHCl 3 + H 2

Загрязняющие вещества, которые также вступают в реакцию с хлором, требуют более высоких температур для перехода в газообразное состояние. Это позволяет отделить трихлорсилан. Только углерод, фосфор и бор, которые имеют близкие температуры конденсации, не могут быть отфильтрованы в этом процессе.

Процесс трихлорсилана может быть обращен, так что очищенный кремний конденсируется в поликристаллической форме. Это делается при температуре около 1100 ° C путем добавления водорода в кварцевую камеру, в которую помещены тонкие кремниевые стержни:

SiHCl 3 + H  Si + 3HCl

и

4SiHCl  Si + 3SiCl 4 + 2H 2

Кремний отражается на кремниевых стержнях, которые превращаются в стержни диаметром более 300 мм. Этот поликремний уже можно было превратить в монокристалл с помощью процесса Чохральского, однако степень чистоты для производства полупроводников все еще недостаточно высока.

Зона очистки

Чтобы еще раз повысить чистоту, используется процесс очистки. Таким образом, вокруг кремниевого стержня размещается высокочастотная катушка для плавления кремниевых стержней, и поэтому загрязнения накапливаются на дне из-за более высокой растворимости в жидкой фазе; поверхностное натяжение кремния препятствует вытеканию расплава. Многократное повторение этой процедуры еще больше снижает содержание примесей в кремнии, и, таким образом, его можно использовать для изготовления монокристалла. Чтобы предотвратить дальнейшее загрязнение, все процессы выполняются в вакууме.

Иллюстрация процесса очистки зоны

В конце этих процессов кремний имеет чистоту более 99,9999999%, что означает, что на 1 миллиард атомов кремния приходится менее 1 постороннего атома.

Exit mobile version