CN111279456A - 用于在基体上连续地气相沉积硅的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于在基体上连续地气相沉积硅的方法，包括以下步骤：a)将至少一个基体送入反应室(2)；b)将工艺气体以及至少一种气态硅前体化合物通入所述反应室(2)；c)在所述反应室(2)中形成与所述气态硅前体化合物共存的至少一种硅基中间产物和所述工艺气体的气态混合物；d)通过将所述硅前体化合物和/或所述硅基中间产物在所述基体上气相沉积硅来形成硅层；e)从所述反应室(2)中导出过量的所述气态混合物；其特征在于，所述方法还包括步骤(f)，在步骤(f)中，将过量的所述气态混合物的至少一个组分返回到所述反应室(2)中，所述组分选自所述硅前体化合物、所述硅基中间产物和/或所述工艺气体，其中，将所述硅前体化合物通入所述反应室(2)中的调节方式为，在工艺气体中，所述硅基中间产物与所述硅前体化合物的摩尔比为0.2:0.8至0.5:0.5，优选为0.3:0.7至0.5:0.5，特别优选为0.5:0.5。

Description

用于在基体上连续地气相沉积硅的方法和设备
技术领域
通过使硅化学气相沉积在基体上可以制造层厚为1至200μm的硅层，这种硅层应用在太阳能电池和微电子设备中。与传统的通过锯切由丘克拉斯基(Czochralski)法或区域熔化法制成的硅块的制造方法不同，在化学气相沉积中避免了锯切损失。此外，与用传统方式制造的层厚在200至300μm范围内的硅晶片相比，由于较小的层厚，能够节省大量的硅并由此节省很多成本。
背景技术
在化学气相沉积中，将基体送入反应室中并将其加热到700℃至1400℃。此后，将硅前体化合物引入反应室，该硅前体化合物在反应室中热分解，由此使固态的硅在基体上沉积。将这种化学反应可能的副产物以及过量的硅前体化合物从反应室中引出。通过这种化学气相沉积，除了多晶硅层，还通过在结晶基体上的气相磊晶产生单晶硅层。
作为硅前体化合物主要是硅烷和氯硅烷。由于硅烷与空气中的氧气接触时的自燃性以及发生气相成核的倾向，使用硅烷是不利的。对于氯硅烷的情况，在存在氢气作为工艺气体的情况下实现在基体上的硅沉积反应，并且所述硅沉积反应根据简化的反应式进行：
SiH(4-n)Cln+(n-2)H2→Si+nHCl
这里已经表明，四氯化硅(n＝4)在高达1600℃都是热稳定的。通过添加氢气才发生硅在基体上的沉积。但附加地根据以下反应式，在反应室中或在通过反应室之后，根据H2浓度、温度和压力，在冷却时形成其他的低氯硅烷，例如形成三氯硅烷(n＝3)和二氯硅烷(n＝2)：
Figure BDA0002468224070000021
这些中间产物同样会热分解并在从700℃起显著降低的温度下导致发生硅沉积。由此不仅在基体表面上出现硅的沉积物，而且在反应室的气体供应和气体导出管道中也发生硅沉积。这种所谓的寄生沉积会导致这些流体管道的横截面减小并且因此必须定期去除，以便获得完整的横截面。
在DE 10 2005 045 582中例如记载了一种用于连续地使硅气相沉积在基体上的方法，在所述方法中，在基体上实现硅沉积的同时，通过周期式地改变所供应的气体的组成来去除所述设备中的寄生沉积和/或防止形成寄生沉积。为此，以周期性的间隔向反应室供应腐蚀气体，即氯化氢，用于去除寄生沉积。这种方法的缺点是，在存在腐蚀气体时，涂覆硅的基体的生产率明显降低，因为在存在氯化氢时，所有固态硅，就是说不仅是寄生沉积都会转化成气态的三氯硅烷。这一方面会导致硅层的层厚减小，另一方面使用另一种气体提高了生产成本。
发明内容
因此，本发明的目的是，提供一种用于在基体上气相沉积硅的方法和设备，由此防止或至少减少形成寄生沉积并且相对于现有技术已知的方法可以提高生产率。
所述目的根据本发明通过一种具有权利要求1的特征的方法以及一种具有权利要求12的特征的设备来实现。
根据本发明的构思的有利的改进方案是各从属权利要求的主题。
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于在基体上连续地气相沉积硅的方法。此外本发明涉及一种根据权利要求12的前序部分所述的用于在基体上连续地气相沉积硅的设备。
根据本发明的用于在基体上连续地气相沉积硅的方法包括以下步骤：
在方法步骤(a)中进行的是，将至少一个基体送入反应室中。在方法步骤(b)中进行的是，将工艺气体以及至少一种气态硅前体化合物通入反应室中。然后，在方法步骤(c)中，在反应室中形成与气态硅前体化合物共存的至少一种硅基中间产物和工艺气体的气态混合物。在随后的方法步骤(d)中，通过将气态硅前体化合物和/或硅基中间产物在基体上气相沉积硅来形成硅层。在方法步骤(e)进行的是，从反应室中导出过量的气态混合物。
在根据本发明的方法中重要的是，在方法步骤(f)中，将过量的气态混合物的至少一个组分返回到反应室中，所述组分选自硅前体化合物、硅基中间产物和/或工艺气体，其中，将气态硅前体化合物通入反应室中的调节方式为，在工艺气体中，硅基中间产物与硅前体化合物的摩尔比为0.2:0.8至0.5:0.5，优选为0.3:0.7至0.5:0.5，特别优选为0.5:0.5。由此，硅前体化合物在气体供应流中以过量或者以与硅基中间产物相同的量存在。
在本发明范围内的是，基体由多晶硅或单晶硅、陶瓷、玻璃以及/或者其他复合物或层系统构成。但本发明不仅限于此，因为例如也可以设想使用含聚合物的基体或其他半导体材料，例如碳化硅或其他复合半导体。
由于在利用氯硅烷的化学气相沉积在基体上制造硅层时总是有小于100％、通常在15％至30％之间的所使用的硅前体化合物转化成固态硅，返回过量的气态混合物的至少一个组分除了明显减少污染环境的废弃物以外还由于硅前体化合物的消耗较少使得可以降低工艺成本。
此外，本发明还基于这样的认识，即，硅的沉积不仅是温度相关的，而且还与所述气态混合物的摩尔组成相关，所述气态混合物由至少一种硅基中间产物、硅前体化合物以及工艺气体组成。申请人的研究表明，通过适当地选择所述硅基中间产物与硅前体化合物的摩尔比可以抑制或者完全阻止硅的沉积。该发现基于以下事实：来自硅前体化合物和/或来自硅基中间产物的硅的化学气相沉积倾向于作为平衡反应进行，这种平衡反应温度相关以及浓度相关地进行。特别是当硅基中间产物与硅前体化合物的摩尔比为0.2:0.8至0.5:0.5时，可以防止大部分的寄生沉积。当硅基中间产物与硅前体化合物的摩尔比为0.3:0.7至0.5:0.5甚至可以完全阻止寄生沉积。这种摩尔比可以通过有控制地通入硅前体化合物以及通过将过量的所述气态混合物的至少一个组分返回到对反应室的气体供应中来控制，所述组分选自硅前体化合物、硅基中间产物和/或工艺气体。
众所周知，在化学气相沉积期间，固态硅在基体上的沉积速率也取决于通入反应室中的气流的组成。因此，为了优化硅的沉积速率，在方法步骤(b)中优选可以向沉积室中通入不止一种硅前体化合物，而是通入多种硅前体化合物。如果将多种硅前体化合物通入反应室的气体供应中，则所给出的摩尔比涉及一种所述硅前体化合物。在本发明范围内的是，作为硅前体化合物将多种氯硅烷、特别是四氯化硅和三氯硅烷通入方法步骤(b)中。在这种情况下，所述摩尔比优选涉及高氯硅烷与硅基中间产物的比值。
由于在方法步骤(c)中在反应室中由至少一种硅基中间产物、硅前体化合物以及工艺气体形成了气态混合物，以及由于在方法步骤(d)中接下来进行的硅沉积，仅能不精确地预估所引出的过量气态混合物的组成。因此，在所述方法有利的第一实施方式中，在方法步骤(f)中，通过测量单元测定过量气态混合物中硅基中间产物与硅前体化合物的摩尔比。
这里，在本发明范围内的是，所述测量单元被配置为直接用于测定摩尔比或者被配置为用于测定等效的值，特别是测定一种和/或多种硅基中间产物的浓度和/或量和/或体积或质量流量，由所述参量可以得出过量气态混合物的中硅基中间产物与硅前体化合物的摩尔比。但可选地，所述测量单元也用于直接测定过量气态混合物中所述硅基中间产物与所述硅前体化合物的摩尔比。此外，所述测量单元可以用于在线测定相关的摩尔比或者测定一种和/或多种硅基中间产物的浓度。可选地，所述测量单元也可以只是暂时地，例如在化学气相沉积开始时和/或在确定的时间间隔之后用于测定相对摩尔比或者测定一种和/或多种硅基中间产物的浓度。但本发明不是仅限于此。
在所述方法的另一个有利的实施方式中，将由测量单元测定的硅基中间产物与硅前体化合物的摩尔比发送给控制单元，所述控制单元对硅前体化合物的通入进行控制，使得在工艺气体中所述硅基中间产物与硅前体化合物的摩尔比为0.2:0.8至0.5:0.5，优选为0.3:0.7至0.5:0.5，特别优选为0.5:0.5。
由测量单元测定的摩尔比可以自动地、特别是通过数据线路或无线地或通过使用者手动地发送，使用者读取测量单元的结果并将这个信息发送给控制单元。接下来通过控制单元控制通入硅前体化合物同样可以自动地进行或由使用者手动地进行。这里在本发明范围内的是，控制单元被配置为流量调节器。但本发明不限于此。但自动调节在过程可靠性和降低工作量方面具有显著的优点。
为了能够作为连续的过程来执行固态硅在基体上的化学气相沉积，不仅反应室的供应气流中的硅基中间产物与硅前体化合物的摩尔比有重要的作用，而且硅前体化合物和硅基中间产物的总量也很重要。所述总量降低到低于确定的值会导致固态硅的沉积速率降低。其原因在于，硅沉积作为平衡反应进行。因此有利的是，在向反应室中通入时保持所述总量恒定，以便对于固态硅的沉积提供最佳的条件。这有利地这样来实现，即，优选保持工艺气体的输入流恒定，而硅基中间产物和硅前体化合物这样来计量，使得一方面设置两种化合物相对于彼此所需的摩尔比，并且另一方面实现两种化合物所需的总量。如果例如通过测量单元探测到硅基中间产物的量过高，则也可以从设备中引出所述中间产物，以便不超过反应室中的最大总量。
此外，根据本发明的方法的一个有利的实施方式设定，在步骤(f)中，从过量的气态化合物中去除杂质。为了继续实现在所述方法的步骤(f)中返回过量气态混合物的一个或多个组分，在一个优选的实施方式中，所述方法在步骤(f)中可以设有回收单元，所述回收单元至少部分地对过量气态混合物进行分离。这种回收单元由此使得不仅能返回过量气态混合物的所需组分，而且还能分离硅沉积的不需要的副产物。
在所述方法的另一个有利的实施方式中，在步骤(f)中，将硅基中间产物和/或硅前体化合物和/或工艺气体返回到反应室中。
在所述方法的另一个有利的实施方式中，硅前体化合物为氯硅烷，优选为四氯化硅和/或三氯硅烷。
如前面已经说明的那样，优选这样来优化硅的沉积速率，即，在方法步骤(b)中，向沉积室中通入不止一种硅前体化合物，而是通入多种硅前体化合物。如果向反应室中通入多种硅前体化合物，则所述硅前体化合物优选为四氯化硅和三氯硅烷。
与其他商业上可获得的硅烷(例如乙硅烷或丙硅烷)相比，氯硅烷明显更为经济并且在操作上危险性更低，因为相对其他物质，氯硅烷在大气氧存在下没有自燃性。此外，采用氯硅烷还使得可以相对于所述硅烷实现明显更高的沉积速率，以便实现高的层质量，由此明显提高了用硅涂覆的基体的生产率。
通常已知的是，在使用三氯硅烷作为前体化合物的情况下，可以实现硅在基体上在1μm/min至15μm/min的范围内的高沉积速率，在从700℃起的温度下已经出现硅沉积。但这里不利的是，在这个温度下或更高的温度下，在反应室的气体管道中会出现寄生沉积的明显升高。与此相对，纯的四氯化硅直到约1600℃都是稳定的。但由于较低的硅氯比，沉积速率明显较低。
申请人的研究显示，在存在三氯硅烷的情况下使用四氯化硅会在同时避免出现寄生沉积的情况下带来优化的沉积速率。
由于四氯化硅在高达1600℃的温度下都是热稳定的并且在温度较低时只有在存在氢气的情况下才发生硅沉积，另一个有利的实施方式设定，所述工艺气体为氢气。
根据本发明的方法的另一个有利的变型方式设定，所述硅基中间产物为氯硅烷，优选为三氯硅烷。
如前面已经说明的那样，在方法步骤(b)中有利地通入多种硅前体化合物，这里所述硅前体化合物优选为四氯化硅或三氯硅烷。要指出的是，在这种情况下，三氯硅烷一方面作为硅前体化合物通入反应室，另一方面也可以作为中间产物在方法步骤(f)中返回到反应室中。
为了实现最佳地在基体上沉积硅并且同时使工艺成本最小化，所述方法的一个有利的实施方式设定，在步骤(c)中，所述硅前体化合物与硅基中间产物的总量以1～10mol％，优选2～7mol％，特别优选3～6mol％的摩尔比存在于工艺气体中。
所述方法的另一个有利的实施方式设定，在反应室中存在0.8bar至1.2bar的压力的情况下，通过使来自硅前体化合物和/或硅基中间产物的硅化学气相沉积在基体上来进行硅层的形成。
因此，在本发明范围内的是，在接近大气压力下执行根据本发明的方法。这样避免了使反应室转换到真空状态的耗时，由此可以明显提高用硅包覆基体的生产率。
由于硅在基体上的沉积速率与温度是强相关的，在根据本发明的方法的另一个有利的实施方式中，在反应室中至少将基体加热到700℃～1400℃、优选1000℃～1300℃，特别优选1100℃～1200℃的温度。由此将基体加热到确定的温度使得可以调整硅在基体上的沉积速率。
在本发明范围内的是，不是只加热基体，而且也加热反应室和/或设置在反应室上的气体管道。这里，可以将基体和/或反应室和/或气体管道分别加热到不同的温度。由此使得可以实现向反应室的最佳气体供应以及气体返回。
本发明的另一个方面涉及用于在基体上连续地气相沉积硅的设备，特别是用于执行根据权利要求1至11中任一项所述的方法的设备，所述设备包括：反应室，所述反应室包括至少一个用于基体的入口和至少一个用于基体的出口；传送装置，用于传送基体从入口向出口通过反应室；至少两个气体入口，所述至少两个气体入口用于将气体供应到反应室中；至少一个气体出口，所述气体出口用于将所述气体从反应室中引出；至少两个流体供应管道，优选为气体供应管道，所述流体供应管道与反应室的两个所述气体入口连接。
所述气体入口用于向反应室供应工艺气体、硅基中间产物和/或硅前体化合物。
这里重要的是，根据本发明的设备具有至少一个控制单元，以及在反应室的所述气体出口和所述气体入口之间设置循环管道，所述循环管道与流体供应管道以及与反应室的气体出口连接，所述设备具有至少一个测量单元，所述测量单元用于测定所述硅基中间产物与硅前体化合物的摩尔比和/或与摩尔比等效的值，并且所述控制单元和测量单元被配置为协同运行，使得能基于由测量单元发送给控制单元的信号来控制或调节所述供应管道的流量。
如前面已经提及的那样，在本发明范围内的是，所述测量单元被配置为，用于测定一个或多个硅基中间产物的浓度和/或量和/或体积流量或质量流量，由此可以得出过量气态化合物中所述硅基中间产物与硅前体化合物的摩尔比。但可选地，所述测量单元也可以用于直接测定过量气态化合物中所述硅基中间产物与硅前体化合物的摩尔比。此外，测量单元被配置为用于在线测定相关摩尔比或一种和/或多种硅基中间产物的浓度。可选地，所述测量单元也可以仅暂时地，例如在化学气相沉积开始时和/或在确定的时间间隔之后测定相关摩尔比或一种和/或多种硅基中间产物的浓度。但本发明并不是仅限于此。但这种自动调节在过程可靠性和降低工作量方面具有明显的优点。
这种设备使得可以连续地将基体传送到反应室中，此时，通过传送装置从反应室的入口向出口传送所述基体。根据本发明的设备的气体入口用于通入工艺气体、硅前体化合物，以及在所述气态前体化合物从反应室导出之后用于过量的气态前体化合物中组分的返回。
根据本发明的一个优选的实施方式在于，所述测量单元设置在循环管道上。
在本发明范围内的是，所述测量单元集成在循环管道中或者设置在循环管道上。如果测量单元集成在循环管道中，则在线实现测定硅基中间产物和硅前体化合物的摩尔比。这种测量可以连续地或按由使用者预先设定的时间间隔进行。如果测量单元设置在循环管道上，则对硅基中间产物和硅前体化合物的摩尔比的测量通过自动供应样品或在由使用者提取样品之后进行，使用者手动地将过量气态混合物样品供应给测量单元。但本发明并不是仅限于此。
根据本发明的设备的另一个优选的实施方式设定，所述测量单元被配置为分光计，或者被配置为质量流量计，例如被配置为科里奥利(Coriolis)质量流量计，或者被配置为体积流量计。
如果使用在室温下为液态的硅前体化合物和/或在室温下为液态的硅基中间产物，则在所述设备的一个有利的实施方式中，至少一个所述流体供应管道具有蒸发器，所述蒸发器使所述硅前体化合物和/或硅基中间产物转化为气态。
根据本发明的设备的另一个优选的实施方式在于，所述循环管道具有回收单元，所述回收单元用于分离由反应室中导出的过量气态混合物并回收硅前体化合物和/或硅基中间产物和/或工艺气体。
在根据本发明的设备的另一个有利的实施方式中，所述回收单元被配置为蒸馏式的分离装置以及/或者干式吸收器或干式吸附器。通过干式吸收器或吸附器，在返回过量气态混合物时，可以分离在化学气相沉积固态硅时形成的氯化氢和/或硅前体化合物。
有利地单独返回过量的气态各组分，因为由此可以进行单独的调节和/或利用。为了在分离硅前体化合物和/或硅基中间产物和/或工艺气体之后通过例如蒸馏式的分离装置单独地返回硅前体化合物和/或硅基中间产物和/或工艺气体，所述循环管道优选在回收单元和流体供应管道之间具有多个分管道，所述分管道用于单独地返回工艺气体、所述硅基中间产物和/或所述硅前体化合物，每个分管道具有单独的测量单元，所述测量单元用于测定工艺气体、所述硅基中间产物和/或所述硅前体化合物的质量流量和/或体积流量。
在本发明范围内的是，在分离所述工艺气体和/或硅基中间产物和/或硅前体化合物之后将其从所述设备中导出。为此，例如所述气体洗涤器和/或蒸馏式的分离装置可以具有气体出口，所述气体出口与气体导出管道连接。但本发明并不是仅限于此，因为这种带有气体导出管道的气体出口也可以在测量单元的区域内设置在循环管道上。但有利的是，至少返回硅基中间产物的组分，以便降低工艺成本。同样出于这个原因有利的是，返回工艺气体，特别是氢气。
附图说明
本发明的其他特性由下面参考附图对实施例的说明得出。其中：
图1示出根据本发明的用于在基体上连续地气相沉积硅的设备的第一实施例的示意图；
图2示出根据本发明的用于在基体上连续地气相沉积硅的设备的第二实施例的示意图；以及
图3示出根据本发明的用于在基体上连续地气相沉积硅的设备的第三实施例的示意图。
具体实施方式
图1示出根据本发明的用于在基体上连续地气相沉积硅的设备1的第一实施例。该设备1包括反应室2、测量单元3、控制单元4、循环管道5、气体洗涤器6以及回收单元7。
反应室2包括入口8，通过该入口能够将待涂覆的基体送入反应室2中。此外，在反应室2与入口8相对的一侧设有出口9，通过该出口能够将已涂覆硅的基体从反应室2中送出。通过传送装置10将基体传送到反应室2中以及重新从反应室2中送出。如图1中箭头示出的那样，传送装置10具有从入口8到出口9的传送基体的方向。所述传送装置10可以被配置为传送带。可选地，传送装置10也可以具有多个传送辊，或者也可以被配置为滑轨传送装置。
如图1所示，可以分别将两个基体竖直放置地通过传送装置10送入反应室2中。这里，这两个基体相互平行设置，使基体要涂覆的侧面彼此相对。此外，在该实施例中，反应室2具有1100℃的温度。
为了通入气态的硅前体化合物和工艺气体，在反应室2上在入口8的区域中设置两个气体入口11、12，通过所述气体入口能相互分开地将气态的硅前体化合物和工艺气体通入反应室中。在当前实施例中，使用高纯度的氢气作为工艺气体。通过分开地通入气态的硅前体化合物和工艺气体可以防止在气体入口11、12中形成寄生沉积。
此外，气体入口11、12分别与流体供应管道13、14连接，通过所述流体供应管道可以向气体入口11、12供应硅前体化合物和工艺气体。在当前实施例中，使用四氯化硅作为硅前体化合物。由于四氯化硅具有57.6℃的沸点并且因此在室温下是液态的，在流体供应管道13上设置有蒸发器15。在将四氯化硅通入反应室2之前，通过所述蒸发器15使液态的四氯化硅转化成气态。
为了在用硅涂覆基体之后能够从反应室2中引出由过量的硅前体化合物、硅基中间产物和工艺气体组成的过量气体混合物，所述反应室2在出口9的区域内具有气体出口16。所述气体出口16与循环管道5连接，所述循环管道5用于将过量气态混合物的至少一个组分返回到反应室2中，所述组分选自硅前体化合物、硅基中间产物和/或工艺气体。此外，循环管道5与流体供应管道13连接。
在当前实施例中，在循环管道5上设置气体洗涤器6、回收单元7以及测量单元3，所述气体洗涤器6、回收单元7以及测量单元3通过连续的循环管道5相互连接并且是从气体出口16的一侧连接到流体供应管道13的一侧。
气体洗涤器6用于提高从反应室引出的过量气态混合物的浓度，其方式是，在气体洗涤器6中使引出的气态过量气体与洗涤液接触，由此可以将过量的可利用组分吸收到洗涤液中。通过的组分可以是固态、液态或气态的物质。作为洗涤液例如可以使用氯硅烷。
经净化的过量气态混合物可以通过循环管道5进入回收单元7。在当前实施例中，回收单元7被配置为蒸馏式的分离装置。所述回收单元用于使硅前体化合物和/或硅基中间产物与工艺气体分离。此外，回收单元7还使得能够从循环管道5中分离化学气相沉积的不期望的副产物。
为了测定硅前体化合物和硅基中间产物的摩尔比，在循环管道5上设置测量单元3。在当前实施例中，所述测量单元被配置为红外分光仪，所述红外分光仪测量测量循环管道5的气流中的硅基中间产物和硅前体化合物的浓度并且由此测定硅基中间产物和硅前体化合物的摩尔比。但可选地，所述测量单元3也可以被配置为科里奥利质量流量计。但本发明不是仅限于此。
为了调节反应室2中硅前体化合物的供应，在流体供应管道13上设置控制单元4，所述控制单元例如可以被配置为气体流量调节器。所述控制单元4此外还用于，在通入反应室2时控制硅基中间产物与硅前体化合物的摩尔比。为此，所述控制单元4与测量单元3连接。
将由测量单元3测定的循环管道5中的过量气态混合物中的硅基中间产物与硅前体化合物的摩尔比发送给控制单元4。为了在反应室2中的工艺气体中获得硅基中间产物与硅前体化合物希望的摩尔比为0.2:0.8至0.5:0.5，优选0.3:0.7至0.5:0.5，特别优选为0.5:0.5，根据由测量单元4测定的在循环管道5中过量气态混合物中的硅基中间产物与硅前体化合物的摩尔比，控制单元4控制通过流体供应管道13和气体入口12供应到反应室中的硅前体化合物的量。在当前实施例中，控制单元4和测量单元3相互电连接，由此将测量单元3的测量值自动发送给控制单元4。但也在本发明范围内的是，设备1的使用者读取所测定的摩尔比并手动地将其发送给控制单元4。
图2示出根据本发明的用于在基体上连续地气相沉积硅的设备1的第二实施例。所述设备1具有基本上与在图1中描述的设计方案相同的结构，因此，首先不讨论进一步的细节。
为了调节向反应室2中供应的硅前体化合物和工艺气体，在流体供应管道13、14上设置控制单元4。所述控制单元4一方面用于在通入反应室2时控制硅基中间产物与硅前体化合物的摩尔比，另一方面用于在步骤(c)将工艺气体中硅基中间产物和硅前体化合物的总量调整到1～10mol％，优选2～7mol％，特别优选3～6mol％的摩尔比。在这个实施例中，控制单元4也与测量单元3连接。
此外在本发明范围内的是，将过量的工艺气体和/或硅基中间产物和/或硅前体化合物从所述设备中导出。在当前实施例中，为此，所述气体洗涤器具有气体出口17，所述气体出口带有导出管道18，通过所述气体出口将过量的工艺气体导出。但本发明不是仅限于此。此外所述蒸馏式的分离装置也可以具有带有导出管道的气体出口。
图3示出根据本发明的用于在基体上连续地气相沉积硅的设备1的第三实施例。所述设备1具有基本上与在图1中描述的设计方案相同的结构，因此，首先不讨论进一步的细节。
循环管道5在回收单元7之后分成三个单独分布的用于工艺气体的分管道51、52、53。在本发明范围内的是，在回收单元下游设置多于三个单独分布的分管道，特别是以便单独地返回其他气体，例如氯化氢。相应的质量流量或体积流量利用单独的测量单元31、32、33测定，所述测量单元设置在回收单元7下游的分管道51、52、53上。由此可以得出硅基中间产物与硅前体化合物的摩尔比。如图3所示，将回收的工艺气体随后供应给流体供应管道14，而将硅基中间产物和硅前体化合物供应给流体供应管道13。

Claims (17)

1.一种用于在基体上连续地气相沉积硅的方法，包括以下步骤：
(a)将至少一个基体送入反应室(2)；
(b)将工艺气体以及至少一种气态硅前体化合物通入所述反应室(2)；
(c)在所述反应室(2)中形成与所述气态硅前体化合物共存的至少一种硅基中间产物和所述工艺气体的气态混合物；
(d)通过将所述气态硅前体化合物和/或所述硅基中间产物在所述基体上气相沉积硅来形成硅层；
(e)从所述反应室(2)中导出过量的所述气态混合物；
其特征在于，
所述方法还包括步骤(f)，在步骤(f)中，将过量的所述气态混合物的至少一个组分返回到所述反应室(2)中，所述组分选自所述硅前体化合物、所述硅基中间产物和/或所述工艺气体，其中，将所述气态硅前体化合物通入所述反应室(2)中的调节方式为，在所述工艺气体中，所述硅基中间产物与所述硅前体化合物的摩尔比为0.2:0.8至0.5:0.5，优选为0.3:0.7至0.5:0.5，特别优选为0.5:0.5。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(f)中，通过测量单元测定过量的所述气态混合物中的所述硅基中间产物与所述硅前体化合物的摩尔比。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将由所述测量单元测定的所述硅基中间产物与所述硅前体化合物的摩尔比发送给控制单元，所述控制单元调节所述硅前体化合物的通入，使得在所述工艺气体中，所述硅基中间产物与所述硅前体化合物之间的摩尔比为0.2:0.8至0.5:0.5，优选为0.3:0.7至0.5:0.5，特别优选为0.5:0.5。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤(f)中，从过量的所述气态混合物中去除杂质和/或通过回收单元(7)从过量的所述气态混合物中至少部分地分离杂质。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤(f)中，通过循环管道(5)将所述硅基中间产物和/或所述硅前体化合物和/或所述工艺气体返回到所述反应室(2)中。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述硅前体化合物为氯硅烷，优选为四氯化硅和/或三氯硅烷。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述工艺气体为氢气。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，所述硅基中间产物为氯硅烷，优选为三氯硅烷和/或二氯硅烷。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤(c)中，所述硅前体化合物与所述硅基中间产物的总量以1～10mol％，优选2～7mol％，特别优选3～6mol％的摩尔比存在于所述工艺气体中。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，在所述反应室(2)中存在0.8～1.2bar的压力下，通过将所述硅前体化合物和/或所述硅基中间产物在基体上气相沉积硅来形成所述硅层。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于，在所述反应室(2)中，至少将所述基体加热到700℃～1400℃的温度，优选加热到1000℃～1300℃的温度，特别优选加热到1100℃～1200℃的温度。
12.一种用于在基体上连续地气相沉积硅的设备(1)，特别是用于执行根据权利要求1至11中任一项所述的方法的设备，所述设备包括：
反应室(2)，所述反应室(2)包括至少一个用于基体的入口(8)和至少一个用于基体的出口(9)；
传送装置(10)，用于传送所述基体从所述入口(8)向所述出口(9)通过所述反应室(2)；
至少两个气体入口(11、12)，用于将气体供应到所述反应室(2)中；
至少一个气体出口(16)，用于将所述气体从所述反应室(2)中导出；
至少两个流体供应管道(13、14)，优选为气体供应管道，所述至少两个流体供应管道(13、14)与所述反应室(2)的两个所述气体入口(11、12)连接；
其特征在于，
所述设备(1)具有至少一个控制单元(4)，以及在所述反应室(2)的所述气体出口(16)和所述气体入口(12)之间设置至少一个循环管道(5)，所述循环管道(5)与所述流体供应管道(13)以及与所述反应室(2)的所述气体出口(16)连接，所述设备(1)具有至少一个测量单元(3)，所述测量单元(3)用于测定所述硅基中间产物与所述硅前体化合物的摩尔比和/或与所述摩尔比等效的值，并且所述控制单元(4)和所述测量单元(3)被配置为协同运行，使得能基于由所述测量单元(3)发送给所述控制单元(4)的信号来控制或调节所述供应管道(13、14)的流量。
13.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述测量单元(3)设置在所述循环管道(5)上。
14.根据权利要求12或13所述的设备，其特征在于，所述测量单元(3)被配置为分光计、质量流量计或体积流量计。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的设备，其特征在于，至少一个所述流体供应管道(13、14)具有蒸发器(15)，所述蒸发器(15)用于将所述硅前体化合物和/或所述硅基中间产物转化为气态。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的设备，其特征在于，所述循环管道(5)具有气体洗涤器(6)和/或回收单元(7)，所述回收单元(7)优选被配置为蒸馏分离装置以及/或者具有干式吸收器或干式吸附器。
17.根据权利要求12至16中任一项所述的设备，其特征在于，所述循环管道(5)在所述回收单元(7)和所述流体供应管道(13、14)之间具有多个分管道(51、52、53)，所述分管道(51、52、53)用于单独地返回所述工艺气体、所述硅基中间产物和/或所述硅前体化合物，每个所述分管道(51、52、53)具有单独的测量单元(31、32、33)，所述测量单元(31、32、33)用于测定所述工艺气体、所述硅基中间产物和/或所述硅前体化合物的质量流量和/或体积流量。
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