Получение металлургического и электронного кремния

Исходным сырьем для большинства изделий микроэлектронной промышленности служит электронный кремний. Первым этапом его получения является изготовление сырья, называемого металлургическим кремнием.

Этот технологический этап реализуется с помощью дуговой печи с погруженным в нее электродом. Печь загружается кварцитом SiO₂ и углеродом в виде угля, щепок и кокса. Температура реакции Т=1800°С, энергоемкость W = 13 кВт/час.

Результирующая реакция может быть представлена в виде:

SiC _тв + SiO_{2 тв} Si _тв + SiO_{2 газ} + CO _газ

Металлургический кремний со степенью чистоты 98% измельчают и помещают в гидрометаллургическую установку для получения трихлорсилана. Температура реакции Т=300°C.

Si _тв +3HCl _газ SiHCl_{3 газ} + H_{2 газ} + Q

Производство электронного кремния проходит в несколько этапов:

1. Сначала в дуговой печи с погружаемым электродом получают металлургический кремний

SiC _тв + SiO₂ Si _тв + SiO _газ + CO _газ

кварцит(SiO₂) + углерод в виде угля, щепок и кокса
температура реакции 1800 °С
энергоемкость 13 кВт/ч

2. Металлургический кремний измельчают в порошок. Вступая в реакцию с безводным хлористым водородом, кремний переходит в трихлорсилан

SiHCl₃ Si _тв + 3HCl _газ SiHCl_{3 газ} + H_{2 газ} + теплота

температура реакции 300 °C
проходит в присутствии катализаторов

3. Электронный кремний получают из очищенного трихлорсилана путем осаждения из парогазовой смеси (ПГС). Трихлорсилан при температуре Т = 32 °С становится жидкостью. Химическая реакция представляет собой реакцию водородного восстановления кремния из трихлорсилана:

2SiHCl_{3 газ} + 3H_{2 газ} 2Si _тв + 6HCl _газ

Зародышем будущего слитка служит резистивно нагреваемый кремниевый стержень. Полный цикл осаждения длится много часов. В результате получается стержень поликристаллического по структуре электронного кремния диаметром до 20 см и длиной несколько метров.

Этот процесс используют также для производства поликристаллических кремниевых труб, применяемых в качестве держателей и подставок, необходимых при осуществлении высокотемпературных обработок.

Дата добавления: 2014-12-27