Отримання та очищення кремнію

Напівпровідникові ІМС виготовляють у приповерхневому шарі тонкої пластини, вирізаної з монокристала кремнію. Вибір кремнію зумовлений його властивостями.

Кремній порівняно з іншими напівпровідниками має більш високу температуру плавлення (1415 °С), стійкий до хімічних впливів, його багато в природі (27,6 % маси земної кори), має високу механічну міцність, твердість, не піддається корозії, відносно легко очищується від домішок, має стабільний оксид (SiО₂), можна отримати монокристали кремнію з однорідною структурою без внутрішніх напружень та оптичних дефектів, з правильною кристалічною решіткою та дуже чистою (малошереховатою) поверхнею. Всі ці властивості дуже важливі для виробництва якісних ІМС.

Для виробництва ІМС використовують монокристали кремнію у вигляді круглих пластин діаметром 100—120 мм і товщиною 200— 400 мкм. У майбутньому використовуватимуть пластини діаметром 150—200 мм.

1. Отримання кремнію. У природі вільного кремнію немає. Сировиною для отримання кремнію є кварцовий пісок, який містить кремній у вигляді діоксиду (SiО₂). Попередньо очищений пісок відновлюють за допомогою вуглецю:

SiО₂ +C → Si + СО₂

Отриманий кремній містить до 2 % домішок (інших хімічних елементів), які змінюють його властивості, а відповідно негативно впливають на якість роботи мікросхем.

Рис. 1. Технологічна схема виробництва напівпровідникових ІМС

2. Очищення кремнію. Очищують кремній від домішок соляною кислотою, воднем та іншими речовинами. Проте очищений хімічним способом кремній не задовольняє вимог, які ставляться до матеріалів, що використовуються в мікроелектроніці. Кінцевим очищенням кремнію є безтигельне зонне переплавлення, яке ще називають зонним очищенням.

Рис. 2. Схеми установок:

а — для зонного очищення кремнію; б — для вирощування монокристала кремнію за способом Чохральського

Зонне очищення кремнію проводять в установках горизонтального та вертикального типу. Схему установки вертикального типу зображено на рис. 2а. Кремній у вигляді стрижня 2 діаметром до 30 мм вставляють у кварцову трубку, в якій безперервно циркулює інертний газ, і закріплюють у затискачах 1. Кремній перемішується в електромагнітному полі, створеному великочастотним струмом, який протікає в індукторі 4. Частина стрижня (зона 3) розплавляється. Після багаторазових переходів стрижня кремнію через зону дії індуктора домішки збираються на кінцях стрижня, які після закінчення переплавлення відрізають, а з очищеного кремнію вирощують монокристали.

Дата добавления: 2015-11-16