DE1128412B - Verfahren zur Herstellung von Reinstsilicium durch thermische Zersetzung von gasfoermigen Siliciumverbindungen - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung von Reinstsilicium durch thermische Zersetzung von gasförmigen Siliciumverbindungen Es sind verschiedene Verfahren zur Herstellung von Reinstsilicium durch thermische Zersetzung von gasförmigen Siliciumverbindungen, in erster Linie von Siliciumchloroform und von Monosilan, bekannt. So ist es bekannt, Monosilan in ein erhitztes Quarzrohr einzuleiten, wobei das gebildete Silicium nach der Zersetzung auf einem im Quarzrohr befindlichen Siliciumstab an einer schmelzflüssigen Zone oder auf den Wänden des Quarzrohres oder auch als Pulver abgeschieden wird. Diese Verfahren haben den Nachteil, daß sie einen sehr hohen Aufwand an Quarzrohren erfordern, da diese verhältnismäßig schnell zerstört werden. Nach anderen bekannten Verfahren wird Monosilan auf einen Siliciumstab geleitet, dessen Kuppe induktiv erhitzt ist, wobei es dort zersetzt und dadurch Silicium an dieser Stelle abgeschieden wird. Die Kuppe, auf der das Silicium abgeschieden wird, kann sich auch in einem Quarzrohr befinden. Bei diesen Verfahren ist die Fläche, an der das Monosilan zersetzt und demzufolge das Silicium abgeschieden werden kann, verhältnismäßig klein, so daß die Ausbeute nicht sehr hoch ist, abgesehen davon, daß infolge der kleineren Angriffsfläche für das Monosilan nur ein verhältnismäßig kleiner Teil- wirklich zersetzt wird. Man hat auch Siliciumchloroform zur Zersetzung an glühende Drähte geführt, die sich in einem Rohr befinden, wodurch sich das Silicium auf diesen Drähten abschied. Diese Verfahren haben eine verhältnismäßig schlechte Raum-Zeit-Ausbeute, weil sich bei der Zersetzung und Reduktion von Siliciumchloroform verhältnismäßig viel Nebenprodukte bilden und die Abscheidungsfläche nur klein ist.
• Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Reinstsilicium durch thermische Zersetzung von gasförmigen Siliciumverbindungen und Abscheidung des Siliciums auf einer erhitzten, aus Silicium bestehenden Zone, das die Nachteile der bekannten Verfahren weitgehend vermeidet. Erfindungsgemäß werden die gasförmigen Siliciumverbindungen in das Innere eines Rohres eingeleitet und dort an einer erhitzten Zone aus Silicium zersetzt, so daß das gebildete Silicium an der Innenwand des Rohres, und zwar mindestens teilweise an der im schmelzflüssigen Zustand befindlichen Zone, abgeschieden wird. Anschließend wird die Abscheidungszone nach dem an sich bekannten Verfahren des tiegellosen Zonenschmelzens relativ zum Rohr bewegt, um die Ungleichmäßigkeiten der Abscheidung des Siliciums zu beseitigen und es gleichzeitig zu reinigen.
• Die bevorzugte Art der Erhitzung der Schmelzzone geschieht durch induktives Heizen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können die Induktionsspulen das Siliciumrohr innerhalb des Gefäßes eng umschließen, und somit kann ein guter Wirkungsgrad der induktiven Heizung erreicht werden, ohne daß die sonst zu befürchtenden Nachteile, wie eine Reaktion der Spule mit der Siliciumverbindung, eintreten.
• Da sich ein großer Teil des Siliciums insbesondere bei der Verwendung des thermisch leicht zersetzlichen Monosilans in der Nachbarschaft der schmelzflüssigen Zone abscheidet, wodurch eine Verengung des Innendurchmessers auftritt, wird es erforderlich, bei der nachfolgenden Schmelzung dieses Abscheidungsbereiches den Innendurchmesser wieder auf das ursprüngliche Maß zu bringen, was in einfacher Weise durch die Regelung des inneren Gasdruckes relativ zum Außendruck möglich ist. Um Wandstärke und Durchmesser des Rohres nicht zu verändern, wird zweckmäßigerweise das im allgemeinen senkrecht stehende Rohr in dem Maße, in dem das gebildete Silicium abgeschieden wird, verlängert. Nach Beendigung der Abscheidung kann aus dem Siliciumrohr ein Stab durch Anlegen eines umgekehrten Druckgefälles erzeugt werden. Für den Start des erfindungsgemäßen Verfahrens können gegossene oder aus einer Siliciumschmelze abgezogene Sficiumrohre verwendet werden.
• Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders zur Herstellung von Reinstsilicium durch thermische Zersetzung von Monosilan. Monosilan läßt sich leichter vollständig thermisch zersetzen als Siliciumchloroform. Das Monosilan ergibt bei der thermischen Zersetzung außer Silicium keine weiteren und unerwünschten Nebenprodukte, wie es bei der Zersetzung von Siliciumchloroform der Fall ist, bei der Siliciumtetrachlorid und Chlorwasserstoff gebildet werden. Das Siliciumtetrachlorid ist aber thermisch sehr stabil, so daß es kaum milzersetzt wird. Der gebildete Chlorwasserstoff - vermag das Silicium an den Stellen der Erhitzungszone, die etwa 300° C heiß sind, schnell wieder in den Gasraum als Siliciumchloroform und Siliciumtetrachlorid zu überführen, wodurch ebenfalls Ausbeuteverluste entstehen.
• Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren steht eine sehr große und wirksame Abscheidungsoberfläche zur Verfügung, ohne daß das obere Reaktionsgefäß durch Reaktionsprodukte beschlagen wird oder Nebenreaktionen mit der Gefäßwand eintreten. Außerdem wird das eingesetzte Gas quantitativ im weitgehendsten Maße umgesetzt, weil, soweit die Zersetzung an der verhältnismäßig großen Erhitzungszone noch nicht abgeschlossen ist, auch an der übrigen Innenseite des Rohres noch eine Restzersetzung eintritt. Durch Erhitzung des Rohres in dem erforderlichen Umfang, notfalls an verschiedenen Stellen, in verschiedenem Maße, ist es möglich, die Zersetzung so zu beeinflussen, daß keine unzersetzte Siliciumverbindung das Rohr verläßt.
• Die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sei beispielsweise in der Abbildung erläutert. In der schematischen Abbildung ist 1 ein Quarzrohr, in dem sich ein Siliciumrohr 2 befindet, das eine Schmelzzone 3 aufweist, die durch eine mit dem Hochfrequenzgenerator verbundene Induktionsspule 4 erzeugt ist. Das zu zersetzende Gas, z. B. Monosilan, wird bei 5 in das Rohr eingeleitet und scheidet nach thermischer Zersetzung in der Schmelzzone 3 Silicium ab. Außerdem wird jedoch noch in der Nähe der Schmelzzone bei 6 Silicium in mehr oder weniger kristalliner Form abgeschieden. Die durch die Abscheidung des Siliciums erforderliche Verlängerung des Rohres. kann durch Abzieheinrichtungen 7 oben oder unten erreicht werden. Der nach der thermischen Zersetzung noch verbleibende Wasserstoff wird bei 8 aus dem Rohr abgeleitet. Zur Aufrechterhaltung der Stabilität des Rohres trotz einer schmelzflüssigen Zone werden die Rohrhälften zweckmäßigerweise gegeneinander um die gedachte Achse 9 in Drehung versetzt. Im Raum zwischen dem Siliciumrohr und dem Quarzglasrohr als Gefäß befindet sich reiner Wasserstoff. Durch Erniedrigung des Druckes in diesem Raum gegenüber dem Druck im Innern des Siliciumrohres läßt sich das Siliciumrohr aufblasen und dadurch verhindern, daß das Siliciumrohr zuwächst.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Herstellung von Reinstsilicium durch thermische Zersetzung von gasförmigen Siliciumverbindungen und Abscheidung des Siliciums auf einer aus Silicium bestehenden Zone, dadurch gekennzeichnet, daß die gasförmigen Siliciumverbindungen im Innern eines mindestens teilweise erhitzten Rohres, das im erhitzten Bereich aus Silicium besteht, zersetzt werden, so daß Silicium an der Innenwand des Rohres, und zwar mindestens teilweise an der im schmelzflüssigen Zustand befindlichen Zone, abgeschieden wird und daß die Abscheidungszone nach dem Verfahren des tiegellosen Zonenschmelzens relativ zum Rohr bewegt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrweite durch den inneren und/oder äußeren Gasdruck geregelt wird.
3. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als zu zersetzende Siliciumverbindung Monosilan verwendet wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1025 845; französische PatentschriftenNr.1125207,1125277, 1087 946; britische Patentschrift Nr. 745 698.