Силан получают при реакции тертрахлорида кремния с тетрагидроалюминатом лития в эфире

Силан – газ, поэтому его очищают методом глубокого охлаждения и низкотемпературной ректификации. Процесс восстановления тетрахлорида кремния и трихлорсилана проводят с участием особо чистого водорода на стержнях из особо чистого кремния, разогреваемых до соответствующей температуры электрическим током. Температура восстановления тетрахлорида кремния по реакции составляет 1050 – 1100⁰С. Трихлорсилан восстанавливается по реакции при температуре 1200 – 1300⁰С. В этом случае требуется меньшее количество водорода, несмотря на то, что он берется в избытке. Получаемый по последней реакции кремний содержит меньше примесей. Недостатком хлорсиланового метода является взрывоопасность Силан термически разлагается при температуре 600 – 700⁰С .

Силановый метод получения кремния в основном применяется для формирования пленок поликристаллического кремния, которые служат основой для изготовления резисторов, межсоединений, контактных площадок к эмиттеру и коллектору транзисторных структур интегральных схем. Главным недостатком метода является горючесть и взрывоопасность силана.

Химические свойства. В обычных условиях кремний довольно инертен. С простыми веществами (кроме фтора) реагирует лишь при нагревании.

С водой кремний реагирует только при высокой температуре по реакции

С кислотами кремний не реагирует из-за наличия на его поверхности пленки оксида, который не растворяется в кислотах за исключением фтороводородной (плавиковой). В технологии микроэлектроники кремний растворяют (травят) в смеси азотной, плавиковой и уксусной кислот. Азотная кислота выполняет роль окислителя, плавиковая кислота – роль комплексообразующего соединения, уксусная – роль регулятора скорости травления. Процесс растворения кремния протекает по реакции

или, суммарно Уксусная кислота в реакции не участвует, но ее присутствие меняет степень диссоциации плавиковой кислоты и, следовательно, влияет на скорость образования , тем самым, определяя скорость всего процесса.

Согласно теории гетерогенной химической кинетики весь процесс травления делится на пять этапов:

1. Диффузия реагентов к поверхности твердого тела;

2. Адсорбция реагентов на поверхности твердого тела;

3. Химическая реакция;

4. Десорбция продуктов реакции с поверхности твердого тела;

5. Диффузия продуктов реакции от поверхности твердого тела в объем раствора.

Скорость суммарного процесса травления определяется (контролируется) скоростью самой медленной стадии. В зависимости от условий такой стадией может быть либо химическая реакция, либо диффузия, так как при химическом травлении процесс адсорбции – десорбции характеризуется малыми значениями энергии активации и поэтому протекает достаточно быстро.

Растворы, в которых самой медленной стадией будет диффузия (диффузионный контроль процесса травления), являются полирующими травителями. Они сглаживают все неровности и нечувствительны к физическим и химическим неоднородностям поверхности.

Растворы, в которых самой медленной стадией будет химическая реакция (кинетический контроль процесса), называются селективными. Такие травители выявляют неоднородности поверхности твердого тела: дефекты и несовершенства кристаллической структуры, p-n переходы, неравномерность в распределении примеси.

Растворы, применяемые для травления полупроводников, обычно состоят из пяти компонентов: растворителя, окислителя, комплексообразующего соединения, регулятора скорости травления и специальных добавок, усиливающих селективность действия травителя на отдельные участки поверхности полупроводника.

Растворитель – среда для образования гомогенной системы. В качестве растворителей в технологии чаще всего используются вода, безводная (ледяная) уксусная кислота, одно- и многоатомные спирты, а также комбинации всех перечисленных веществ. Изменяя количество растворителя можно регулировать концентрации остальных компонентов травителя, а также вязкость среды. Оба эти фактора влияют на скорость диффузии. С другой стороны природа растворителя определяет силу и окислительную способность растворенных в нем электролитов. Таким образом, растворитель способен выполнять функции регулятора скорости травления.

Окислитель – окисляет полупроводник обычно до оксида или какого-либо другого продукта. В качестве окислителей чаще всего используются ,,,,,и ряд других соединений.

Комплексообразующее соединение – способствует растворению образовавшегося продукта окисления. Для полупроводников роль этого компонента чаще всего исполняют ионы и.

Регулятор скорости травления вводится в том случае, если скоростью процесса трудно управлять. Обычно в качестве регулятора скорости травления выступает растворитель. Но иногда в раствор вводят специальные вещества, которые могут менять вязкость растворителя, степень диссоциации комплексообразующего соединения, окислительную способность окислителя. Обычно это фосфорная и уксусная кислоты, глицерин, этиленгликоль, другие спирты.

Кремний энергично растворяется в растворах сильных оснований с выделением водорода. Например

В этой реакции окислителем является вода, комплексообразующим соединением – гидроксид калия, регулятором скорости травления – вода, как растворитель. Вместо сильных оснований могут использоваться гидразин, этилендиамин и другие, средние по силе органические основания, применение которых позволяет повысить селективность травления.

В технологии микроэлектроники для травления германия используют смесь азотной с плавиковой или соляной кислотой («царскую водку»)

Иногда вместо азотной кислоты в качестве окислителя используется пероксид водорода. С растворами сильных оснований германий реагирует только в присутствии сильных окислителей .

Кремний — элемент главной подгруппы четвёртой группы третьего периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 14. Обозначается символом Si (лат. Silicium).

В промышленности кремний технической чистоты получают, восстанавливая расплав SiO2 коксом при температуре около 1800 °C в руднотермических печах шахтного типа. Чистота полученного таким образом кремния может достигать 99,9 % (основные примеси — углерод, металлы).

Химические свойства

Подобно атомам углерода, для атомов кремния является характерным состояние sp3-гибридизации орбиталей. В связи с гибридизацией чистый кристаллический кремний образует алмазоподобную решётку, в которой кремний четырёхвалентен. В соединениях кремний обычно также проявляет себя как четырёхвалентный элемент со степенью окисления +4 или −4. Встречаются двухвалентные соединения кремния, например, оксид кремния (II) SiO.

При нормальных условиях кремний химически малоактивен и активно реагирует только с газообразным фтором, при этом образуется летучий тетрафторид кремния SiF4. Такая «неактивность» кремния связана с пассивацией поверхности наноразмерным слоем диоксида кремния, немедленно образующегося в присутствии кислорода, воздуха или воды (водяных паров).

При нагревании до температуры свыше 400—500 °C кремний реагирует с кислородом с образованием диоксида SiO2, процесс сопровождается увеличением толщины слоя диоксида на поверхности, скорость процесса окисления лимитируется диффузией атомарного кислорода сквозь плёнку диоксида.

При нагревании до температуры свыше 400—500 °C кремний реагирует с хлором, бромом и иодом — с образованием соответствующих легко летучих тетрагалогенидов SiHalogen4 и, возможно, галогенидов более сложного состава.

5

6