DE1216842B

DE1216842B - Verfahren zur Herstellung von reinstem Silicium und Germanium

Info

Publication number: DE1216842B
Application number: DEH40549A
Authority: DE
Inventors: Karl Ernst Hoffmann
Original assignee: KARL ERNST HOFFMANN
Current assignee: KARL ERNST HOFFMANN
Priority date: 1960-09-30
Filing date: 1960-09-30
Publication date: 1966-05-18

Description

Verfahren zur Herstellung von reinstem Silicium und Germanium Es ist bekannt, Reinstsilicium oder Reinstgermanium durch thermische Zersetzung der gasförmigen Verbindungen dieser Stoffe, z. B. Monosilan, herzustellen. Dabei wird die Zersetzung meist in einem über die Zersetzungstemperatur erhitzten Rohr aus einem bei der Zersetzungstemperatur widerstandsfähigen Stoff, z. B. Quarz oder Graphit, vorgenommen. Dabei schlägt sich häufig ein Teil des gebildeten Materials auf dem Inneren des Rohres nieder, was den Nachteil hat, daß auf diese Weise entweder Verunreinigungen in das Material hineinkommen oder daß die Rohre, wie im Fall der Verwendung von Quarzrohren, verhältnismäßig leicht zerspringen.
Es ist auch bekannt, Silicium durch thermische Zersetzung von seinen Verbindungen in Anwesenheit von Wasserstoff oder anderen Inertgasen abzuscheiden. Hierbei wird der Wasserstoff in der Regel als reduzierendes Reaktionsgas verwendet; das Inertgas wird den zu zersetzenden Gasverbindungen zugemischt. Diese bekannten Verfahren schließen somit auch die obengenannten Nachteile nicht aus.
Diese Nachteile werden bei einem Verfahren zur Herstellung von reinstem Silicium oder Germanium durch thermische Zersetzung ihrer in Gas- bzw. Dampfform vorliegenden chemischen Verbindungen unter Anwendung eines inerten Gases in einem Reaktionsgefäß vermieden, wenn erfindungsgemäß die Innenwände des Gefäßes mit dem inerten Gas bespült werden. Das inerte Gas reagiert weder mit den Silicium- oder den Germaniumverbindungen noch mit der Gefäßwand und bewirkt, daß das Niederschlagen des durch die Zersetzung gebildeten Siliciums oder Germaniums auf der Gefäßwand vermieden wird. Auf diese Weise wird das gesamte gebildete Material im Gasstrom gehalten und aus diesem außerhalb des Reaktionsraumes in art sich bekannter Weise abgeschieden. Es zeigt F i g. 1 eine Einrichtung für die Durchführung des beanspruchten Verfahrens, F i g. 2 einen Schnitt der Rohrwandung aus gefrittetem Material, F i g. 3 zwei weitere Schnitte gasdurchlässiger Wände, F i g. 4 eine weitere Ausführungsform einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
In F i g. 1 ist schematisch der Reaktionsraum zur Zersetzung der Verbindung, die hier aus Silan (SiH4) besteht, dargestellt. In der Mitte des Rohres 1 befindet sich der Reaktionsraum 2. Durch die gasdurchlässigen Wandungen 3 dieses Gefäßes wird ein Inertgas, vorwiegend Wasserstoff H2, mit leichtem Überdruck hineingedrückt. Bei richtig eingestelltem Überdruck des Wasserstoffes bildet sich ein Gasfilm 4, der die Innenwand des Rohres bespült.
Von oben wird durch das offene Rohr in die kühlere Zone Silan (SiH4) eingeblasen, das beim Eintritt in den Reaktionsraum 2 durch den auf etwa 400° C oder noch höher erwärmten Wasserstoff in Silicium und Wasserstoff zerlegt wird. Wenn das Silicium sich weiter abgekühlt hat, wird es aus dem Rohr mit Wasserstoff herausgeführt und aus dem Gasstrom ausgeschieden. Das so gewonnene Reinstsilicium ist frei von aus der Rohrwand stammenden Verunreinigungen. Da nach diesem Verfahren das Silicium im warmen Zustand sich nicht an der Innenwand des Rohres absetzen kann und das Rohr dadurch nicht verstopft wird, ist ein kontinuierlicher Betrieb über lange Zeit gewährleistet. Ferner wird das Rohr nicht zerstört, wenn es aus Quarz besteht.
F i g. 2 zeigt im Schnitt das gefrittete Material 5 der gasdurchlässigen Wandung 3 des Rohres g.
In F i g. 3 ist die Wand dadurch gasdurchlässig, daß das Rohr mit Löchern versehen ist, die entweder im rechten Winkel zur Rohroberfläche angebracht sind (6) oder schräg in die Wand eingearbeitet sind (7), wodurch das Inertgas in Strömungsrichtung des Silans austritt.
Nach F i g. 4 wird durch die seitlichen Öffnungen 8 Inertgas, z. B. erhitzter Wasserstoff; eingeblasen. Durch die Trichterform entsteht an der Öffnung 9 ein Unterdruck. Dieser Unterdruck saugt die zu zersetzende Verbindung (SiH4) in den Trichter 10 hinein, der hier den Reaktionsraum darstellt. Das entstandene Silicium kann auf die übliche Weise abgeschieden werden.
Der Verbrauch des Inertgases zur Zersetzung der Verbindungen kann dadurch eingeschränkt werden, daß das Inertgas bei höheren Temperaturen in den Reaktionsraum gelangt. Es muß jedoch mindestens so viel Schutzgas dem Reaktionsraum zugeführt werden, daß die Wandungen bespült sind. Das Inertgas kann zum Teil im Kreislauf geführt werden. Dadurch wird der thermische Wirkungsgrad des Verfahrens wesentlich heraufgesetzt, da der Wasserstoff, der den Reaktionsraum verlassen hat, noch eine beachtliche Temperatur besitzt.
Wird das Silan bei niedriger Zersetzungstemperatur schnell durch den Reaktionsradüi geblasen, so wird es nicht vollständig zersetzt. Damit die Leitungssysteme des Inertgases sich nicht während des Betriebes durch das sich zersetzende Silan, das noch im Schutzgas vorhanden ist; verstopfen, wird dieses in einem Ofen auf so hohe Temperatur gebracht, daß alles Silan vollständig zersetzt ist.
Die Zersetzungstemperatur kann durch induktive oder kapazitive Heizung erzeugt werden.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung von reinstem Silicium oder Germanium durch thermische Zersetzung ihrer in Gas- bzw. Dampfform vorliegenden chemischen Verbindungen unter Anwendung eines inerten Gases in einem Reaktionsgefäß, dadurch gekennzeichnet, daß dieInnenwände des Gefäßes mit dem inerten Gas bespült werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Inertgas mindestens auf Zersetzungstemperatur erhitzt wird.
3. Veffahreii nach Anspruch 1 ünd 2; dadurch gekennzeichnet, daß das Inertgas in den Reaktionsraum hineingedruckt oder gesaugt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzelchriet3 daß da§ Iiiertgäs irrl Kreislauf geführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenlizeichfiet, daß unzersetzte Verbindungen, die das Rcaktioiisgefäß mit dem Inertgas verlassen, vor dessen Wiederverwendung in einem Ofen bei höherer Temperatur zersetzt werden.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände des Gefäßes gasdurchlässig sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände des Gefäßes aus gefrittetem Material hergestellt sind. B. Vorrichtung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände des Gefäßes mit gerichteten Gasdurchlässen versehen sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1089 367, S 36032 VI148 b (bekanntgemacht am 24. 5. 1956); britische Patentschrift Nr: 745 698; französische Patentschriften Nr. 1125 207, 1125277.