Verfahren zur Herstellung von reinstem Silicium Die Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren zur Herstellung von reinstem Silicium, vorzugsweise für Halbleiterzwecke,
durch thermischeZusammensetzung der Siliciumverbindung, die durch Kristallisieren
und/oder Destillieren sehr rein darstellbar ist.Process for the production of the purest silicon The invention relates
on a process for the production of the purest silicon, preferably for semiconductor purposes,
by thermal composition of the silicon compound, which occurs through crystallization
and / or distillation can be represented in a very pure manner.
Es ist bereits bekannt, als Ausgangsmaterial eine Verbindung zu benutzen,
die einerseits durch Kristallisieren und/oder Destillieren sehr rein darstellbar
ist und andererseits durch thermische Zersetzung bei Temperaturen, die wesentlich
unterhalb des Schmelzpunktes des Siliciums liegen, dieses kristallin abzuscheiden.
Dabei ist in erster Linie als Ausgangsverbindung ein höheres Siliciumhalogenid oder
ein Gemisch höherer Siliciumhalogenide, vorzugsweise Siliciumhexachlorid, zu benutzen
vorgesehen, wobei als günstige thermische Zersetzungstemperaturen solche bei etwa
800° C oder im Temperaturintervall zwischen 800° C und 1000° C angesehen werden.It is already known to use a compound as a starting material
which, on the one hand, can be presented in a very pure form by crystallization and / or distillation
and on the other hand by thermal decomposition at temperatures that are essential
lie below the melting point of silicon to deposit it in crystalline form.
The starting compound is primarily a higher silicon halide or
a mixture of higher silicon halides, preferably silicon hexachloride, to use
provided, with favorable thermal decomposition temperatures at about
800 ° C or in the temperature range between 800 ° C and 1000 ° C.
Inzwischen ist nun auf Grund der der Erfindung zugrunde liegenden
Versuche und theoretischer Vorstellungen die Erkenntnis gewonnen worden, daß beispielsweise
Siliciumhexachlorid beiTemperaturen von ungefähr 800° C ab instabil wird und daß
die Instabilität sich mit Erhöhung der Temperatur vergrößert; während im Gegensatz
hierzu in der Literatur, z. B. in dem Lehrbuch über anorganische Chemie von Remy,
angegeben wird, Siliciumhexachlorid sei bei tiefen Temperaturen metastabil und zerfalle
bei diesen niedrigen Temperaturen nur deshalb nicht, weil die Reaktionsgeschwindigkeiten
zu langsam seien; es würde jedoch bei höheren Temperaturen bei etwa 1000'
C stabil.In the meantime, based on the experiments and theoretical ideas on which the invention is based, the knowledge has been gained that, for example, silicon hexachloride becomes unstable at temperatures of approximately 800 ° C. and that the instability increases with an increase in temperature; while in contrast to this in the literature, e.g. B. in the textbook on inorganic chemistry by Remy, it is stated that silicon hexachloride is metastable at low temperatures and does not decompose at these low temperatures only because the reaction rates are too slow; however, it would be stable at higher temperatures around 1000 ° C.
Erfindungsgemäß wird auf Grund der gewonnenen 1?rlzenntnis die Zersetzung
bei Temperaturen über dein Schmelzpunkt des Siliciums durchgeführt und (las in flüssiger
Form abgeschiedene reine Silicium in Form eines Stabes gewonnen, in dem man das
in Gestalt von Tröpfchen von einer Fläche aufgefangene und von der Fläche herabtropfende
Silicium mittels eines sich nach Maßgabe der Menge des abtropfenden Siliciums kontinuierlich
senkenden Tropfenfängers auffängt und dabei abkühlt. Es werden dabei also Temperaturen,
die oberhalb der Schmelztemperatur des Siliciums, beispielsweise bei oder oberhalb
1400° C, liegen, benutzt, und das sich in flüssiger Form abscheidende Silicium wird
an hierzu vorgesehenen geeigneten Flächen, beispielsweise an einem Stab, einer trichterförmigen
Vorrichtung, einer schiefen Ebene, die gegebenenfalls Teil der Wandung des Reaktionsgefäßes
od. dgl. sein kann, zum Abtropfen gebracht wid evtl. in einem innerhalb oder unterhalb
des Reaktionsgefäßes aufgestellten Behältnis aufgefangen, vergleiche Zeichnung.According to the invention, the decomposition takes place on the basis of the knowledge obtained
carried out at temperatures above the melting point of silicon and (read in liquid
Form of deposited pure silicon obtained in the form of a rod, in which one the
collected in the form of droplets from a surface and dripping down from the surface
Silicon by means of a continuously depending on the amount of the dripping silicon
the lowering drip catcher and cools down in the process. So there are temperatures
those above the melting temperature of silicon, for example at or above
1400 ° C, are used, and the silicon, which is deposited in liquid form, is used
on suitable surfaces provided for this purpose, for example on a rod, a funnel-shaped one
Device, an inclined plane, which may be part of the wall of the reaction vessel
Od. The like. Can be brought to drip off wid possibly in an inside or below
the container set up in the reaction vessel, see drawing.
Gemäß einer besonderen Ausbildung des Erfindungsgedankens dienen als
Ausgangsstoffe reine, höhere Siliciumhalogenide, insbesondere Siliciumhexachlorid.According to a special embodiment of the inventive concept serve as
Starting materials pure, higher silicon halides, especially silicon hexachloride.
Die Wände, an denen sich das Silicium in flüssiger Form abscheidet
und eventuell auch das Sammelbehältnis, bestehen gemäß einer Weiterbildung der Erfindung
aus solchen Stoffen, die bei derart hohen Temperaturen von Silicium nicht angreifbar
sind. Als geeigneter Stoff empfiehlt sich hierzu beispielsweise Siliciumcarbid,
aus dein unter Umständen die Wandung des Reaktionsgefäßes ganz oder teilweise besteht.
Es genügt im übrigen, wenn die Innenfläche der Wandung bzw. die Oberfläche auf der
die Kondensation erfolgt, mit Siliciumcarbid überzogen ist. Die Herstellung der
Siliciumcarbidschicht kann in der Weise erfolgen, daß eine Kohleschicht als Kondensationsfläche
benutzt wird und durch Silicium, gegebenenfalls durch die erste Phase des Reaktionsprozesses
selbst, in Siliciunicarbid bis zu einer gewissen Schichttiefe umgewandelt wird.The walls on which the silicon is deposited in liquid form
and possibly also the collecting container, exist according to a further development of the invention
from substances that cannot be attacked by silicon at such high temperatures
are. For example, silicon carbide is recommended as a suitable substance,
The wall of the reaction vessel may be wholly or partially made of.
It is also sufficient if the inner surface of the wall or the surface on the
the condensation takes place, is coated with silicon carbide. The manufacture of the
Silicon carbide layer can be made in such a way that a carbon layer acts as a condensation surface
is used and by silicon, optionally by the first phase of the reaction process
itself, is converted into silicon carbide up to a certain layer depth.