динамических расчетов, т.е. в любой момент времени расход сырья будет превышать величину, требуемую программой. Если программирование ведется по площадям, находящимся под линией расчетной программы, с тем, чтобы коэффициент извлечения кремния был максимальным и близким к расчетному, то vyn может стать меньше ожидаемой (расчетной), т.е. производительность процесса в любой момент времени будет меньше, чем требуется по программе. Остановимся еще на одном важном моменте. Для повышения эконоВлияние технологических параметров и конструкции реактора на процесс осаждения

В промышленном производстве наибольшее распространение получили многостержневые реакторы. Поэтому рассмотрим некоторые закономерности конкретно для таких реакторов, используя которые можно подобрать оптимальный технологический режим.

При применении трихлорсилана скорость осаждения кремния в диапазоне температур 1273-1473 К остается практически постоянной. Для тетрахлорсилана скорость осаждения растет с повышением температуры. Увеличение выхода кремния также растет с повышением температуры (см. рис. 94). При проведении процессов в опытном реакторе установлено [134], что с увеличением концентрации тетрахлорсилана в исходной паро-газовой смеси скорость осаждения кремния вначале растет, затем после достижения максимума начинает падать из-за протекания процессов травления кремния (рис. 106, о). В реальной практике положение точки максимума может отличаться от приведенной на рис. 106, а.

Зависимость скорости осаждения кремния от концентрации трихлорсилана в водороде при температуре 1350 К приведена на рис. 106, 6.

Зависимость выхода кремния от концентрации трихлорсилана в исходной паро-газовой смеси иллюстрирует рис. 106, е.

При осаждении кремния в промышленных реакторах происходит перенос тепла и массы, оказывающей влияние на показатели процесса. К сожалению, однозначной количественной оценки этого процесса пока установить не удалось.

Известно, что перенос тепла может происходить посредством передачи энергии от частицы к частице (см. гл. I), а перенос массы -с помощью диффузии. Может также происходить одновременный перенос тепла и массы посредством конвекции. В случае движения, вызванного внешними силами, имеет место вынужденная конвекция, а при движении, вызванном разностью температур или концентраций, происходит естественная конвекция.

Размеры реактора и степень его заполнения стержнями кремния при прочих равных условиях будут оказывать влияние на процессы переноса в реакционном объеме, а следовательно, и на показатели осаждения кремния.

Увеличение в опытном реакторе размера металлического водоохлаж-даемого колпака при сохранении количества стержней привело к снижению скорости осаждения кремния на 2 % [131]. При использовании в качестве реакционной камеры неохлаждаемого кварцевого колпака аналогичного размера снижение скорости осаждения составляло уже ~ 6,1 %. При установке кварцевого неохлаждаемого экрана внутрь промышленного водоохлаждаемого металлического реактора

237

нами также обнаружено снижение скорости осаждения кремния, но на 10-12%.

Приведенные примеры указывают на то, что процессы осаждения связаны с процессами тепломассопереноса в реакционном объеме.

По данным, полученным при введении радиоактивных изотопов в реактор [149], реакционная среда непрерывно перемешивается, и структура потоков в аппарате близка режиму идеального перемешивания.

Потоки паро-газовой смеси двигаются вдоль нагретых стержней кремния вверх и опускаются вдоль охлаждаемых стенок реактора вниз, создавая интенсивное перемешивание реакционной смеси в объеме между стержнями.

С ростом диаметра стержней и увеличением расхода паро-газовой смеси степень перемешивания среды в реакционном объеме повышается [149], а движущая сила процесса снижается (уменьшается УИ).

Характер изменения vyB от диаметра, имеющий для каждого из типов реакторов свою особенность, требует в каждом конкретном случае особых режимов проведения процесса и поиска наиболее совершенной конструкции реактора.

Вспомогательные технологические операции

Принятая технология монокристаллического кремния требует получения механически прочных поликристаллических стержней большого диаметра. Наличие трещин в них приводит к неконтролируемому загрязнению стержней во время дальнейших механической и химической обработок и исключает возможность последующей бестигельной зонной плавки. 238

Исследование трещинообразования в стержнях кремния, выполненное авторами [150], показало, что основными причинами возникновения напряжений в стержнях кремния являются неоднородность теплового поля в поперечном сечении стержней при их росте и различие коэффициентов теплового линейного расширения поликристаллического кремния с неодинаковой структурой. Поскольку нагрев стержней осуществляется пропусканием тока, то в поперечном сечении стержней по мере роста возникают температурные градиенты, которые приводят к значительным температурным напряжениям.

В результате фрактографических исследований установлено [150],