после одного прохода зоны в процессе бестигельной зонной плавки в вакууме существует довольно тесная взаимосвязь (рис. 102). Другими словами, величина УЭС монокристаллических лучей может быть простым экспресс-методом для оценки уровня донорных примесей в кремниевых стержнях.

Требования к материалам для производства поликристаллического кремния

Необходимым условием получения поликристаллического кремния заданной степени чистоты является использование исходных материалов с определенными характеристиками. Требования к чистоте исходных материалов выработаны в течение длительного изучения влияния их свойств на параметры поликристаллического кремния. Эти требования постоянно ужесточаются.

На отечественных предприятиях для производства поликристаллического кремния используют трихлорсилан с содержанием бора < 6 • 10"' % (предел чувствительности метода), фосфора < 1 ? 10"" %, металлических примесей < I ? 10" 7 %.

229

Увеличение содержания микропримесей в трихлорсилане приводит к ухудшению качества поликристаллического кремния, что осложняет его переработку на металлургических переделах.

Как уже указывалось, контроль качества трихлорсилана, осуществляемый, как правило, с помощью химико-спектрального метода, не в полной мере характеризует его пригодность для производства поликристаллического кремния, так как этим методом не получают данных о форме нахождения примесей в трихлорсилане, и содержание многих из них ниже предела обнаружения метода. Поэтому наряду с химико-спектральным методом используют кварц-тест.

Наилучшие результаты при производстве кремния дает использование трихлорсилана, кварц-тест, имеет УЭС > 2000 Ом • см п-типа.

Водород, используемый при осаждении кремния, должен содержать кислорода < 0,004 % (обьемн.) и паров воды =« 4 • 10"6 кг/м3, что соответствует точке росы ? 208 К. На наличие других примесей анализ не проводят, но в то же время в водороде могут появляться примеси углеводородов концентрацией l,I-5,2ppm, ааота 2-10 рргл и др. Эти примеси также оказывают влияние на качество поликристаллического кремния, поэтому эпизодически их содержание в водороде контролируют. Предельное количество каждой из указанных примесей не должно превышать 0,05-0,1 рргл (предел чувствительности существующих в настоящее время методов контроля).

Увеличение содержания влаги и (или) кислорода в водороде приводит к появлению в кремниевых стержнях включений оксидов, что резко повышает хрупкость стержней и вызывает кипение расплава при дальнейших операциях выращивания монокристаллов.

Повышенное содержание примесей углеводородов в водороде приводит к увеличению концентрации углерода в кремниевых стержнях.

Графит, используемый в технологии получения поликристаллического кремния, не должен уступать по качеству марке МГ-1 по ТУ 48-20-90-82 и иметь плотность > 1,65 г/м3. Повышенное содержание микропримесей в графите также приводит к получению невоспроизводимых результатов при контроле кремниевых стержней. Уменьшение плотности графита, связанное с повышением пористости, является причиной плохого срастания кремниевого прутка-подложки с графитовым держателем, что может вызвать неустойчивость и падение кремниевых стержней.

Важным для получения высокочистого поликристаллического кремния являются и требования к материалу, из которого изготовлен реактор. Испытания нержавеющих сталей при 373-773 К в условиях воздействия на них хлорсиланов и хлористого водорода показали [145], что реактор и ряд других деталей установки водородного восста230 новления наиболее целесообразно изготавливать из хромоникель-молибденовой стали марок 10Х17Н13МЗТ или 06ХН28МДТ.

Основные технологические операции при промышленном получении кремниевых стержней и их роль в обеспечении качества

Полученный водородным восстановлением хлорсиланов поликристаллический кремний выпускают в виде стержней диаметром 0,03-0,17 м и длиной > 0,45 м.

КЛ2Т КПЗТ КП4Т"

3000 1000 2000

200 50 200

Ю16Т" КП7Т Кд^.з

В зависимости от уровня чистоты, определяемого по величине . УЭС слитка, полученного бестигельной зонной плавкой контрольного стержня после одного прохода в вакууме или аргоне (уровень чистоты по донорам), либо после 6-8 проходов в вакууме (уровень чистоты по бору), кремний подразделяют на девять марок по ТУ 48-4-319-86.

Марка кремния .. КЛОТ*1 КП1Т Уровень чистоты по примеси, не менее, Ом • см:

бора (р-тип) .. 5000 3000

донорной

(л-тип) 1000 400

5000 300

3000 300

1000 3-100

Марка кремния .. КТГ5Т*3 Уровень чистоты по примеси, не менее, Ом - см:

бора (р-тип) .. 10000

донорной

(л-тип) S00

*1 Длина стержня 45 ем, для остальных 1 м. *2 Диаметр стержня 3—17 см. *3 Диаметр стержня 2,5-4,5 см.

Поликристаллический кремний может поставляться и в виде загрузок, имеющих одинаковую массу (мерные загрузки), а также в виде кусков с минимальной массой 0,05 кг. Такой кремний используют для выращивания монокристаллов методом Чохральского.

Поверхность стержней поликристаллического кремния не должна быть загрязнена хлорида