DE1417137B2

DE1417137B2 - Verfahren zur Herstellung von Silicium großer Reinheit

Info

Publication number: DE1417137B2
Application number: DE19571417137
Authority: DE
Inventors: Henley Frank; Bush Eric Langley; London Sterlin
Original assignee: Deutsche ITT Industries GmbH, 78OO Freiburg
Priority date: 1956-10-16
Filing date: 1957-09-21
Publication date: 1970-09-10
Also published as: DE1417137A1

Description

ι 2

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum gasförmigem Siliciumwasserstoff dient, wie dies im Herstellen von Silicium großer Reinheit, insbeson- Hauptpatent beschrieben ist. Die Umhüllung 12 bedere von Siliciumkristallen, bei dem ein Strom von steht aus einem Zylinder 13 und den Endplatten 14 vollkommen reinem Siliciumwasserstoff, gegebenen- und 15, die an dem Zylinder 13 vakuumdicht befalls in Gegenwart von Trägergasen, gegen die Ober- 5 festigt sind. Der kristalline Siliciumkeim 16 ist mittels fläche eines Siliciumkeims strömt, der sich in einer einer Haltevorrichtung am Stab 17 befestigt, und sein Umhüllung befindet und durch eine mit Hoch- oberes Ende wird durch die Kupferspule 18, die aus frequenzstrom gespeiste Heizspule auf eine Tempe- einem hohlen Kupferkörper mit einer einzigen Winratur oberhalb der Zersetzungstemperatur des dung besteht, erhitzt. Die Spule ist in F i g. 2 im Siliciumwasserstoffs erhitzt wird und bei Verwendung io Grundriß dargestellt und wird durch hindurchvon reinem Siliciumwasserstoff über die Einstellung fließendes Wasser gekühlt. Das Einlaßrohr für das eines geeigneten Unterdruckes in der Umhüllung Kühlwasser ist mit 20 bezeichnet und das Auslaßallein und/oder durch Zusetzen einer geeigneten rohr mit 21. Die Spule 18 ist mittels der Metallrohre Menge von Trägergasen aus Argon oder Stickstoff 20 und 21 an der Sekundärwicklung eines nicht dareine Verminderung der Konzentration des Silicium- 15 gestellten Transformators befestigt, dessen Primärwasserstoffes am Zersetzungsort und eine Strömungs- spule im Schwingkreis eines HF-Generators liegt, geschwindigkeit des Siliciumwasserstoffes zwischen der auf einer Frequenz von etwa 1 MHz schwingt. 100 und 150 1 pro Stunde entsprechend der Tempe- Der Siliciumwasserstoff wird aus einem Vorratsratur des Keimkristalls derart eingestellt werden, daß gefäß über den Einlaß 13, den Flußmesser 24, den sich der Siliciumwasserstoff ausschließlich auf der 20 Hahn 25 und das Einleitungsrohr 26 in die Kammer Oberfläche des Keimkristalls zersetzt, nach Patent 12 geleitet. Das Einlaßrohr 26 endet in einer Düse 1042 553. 22, die direkt über der mittleren Öffnung 27 der

Im Hauptpatent ist ein Verfahren zur Herstellung Spule 18 angeordnet ist. Die Öffnung 27 ist nahe der

von reinem Silicium beschrieben, bei dem reiner Oberfläche des Siliciumkeimes 16 angeordnet, so daß

Siliciumwasserstoff an einem Siliciumkeim thermisch 25 der Keim an seiner Oberseite auf die gewünschte

zersetzt wird. Dabei wird ein Stück Silicium von Temperatur gebracht wird.

Birnen- oder Pilzform erhalten. Dieser Silicium- Der Siliciumwasserstoff wird von der am Auslaßkörper muß anschließend nochmals geschmolzen rohr 29 unter Zwischenschaltung eines Druckreglers werden, damit durch Ziehen ein mehrkristalliner 30 angeschlossenen Vakuumpumpe durch die Öff- oder einkristalliner Siliciumstab hergestellt werden 30 nung 27 der Spule 18 hindurchgesaugt,
kann. Beim Umschmelzen des Siliciums in einen Der Stab 17 führt durch die Dichtung 31 der Tiegel treten große Schwierigkeiten auf, da kein Grundplatte 15 und ist an einem Mechanismus 32 Tiegelmaterial bekannt ist, durch welches das SiIi- angeschlossen, durch den er in bestimmter Weise cium nicht nachteilig beeinflußt oder verunreinigt gedreht und nach unten bewegt werden kann. Die wird. Deshalb wird zur Herstellung von gezogenen 35 Durchflußmenge, die am Flußmesser 24 abgelesen Siliciumstäben meist ein tiegelfreies Verfahren ver- werden kann, und der Druck, der am Manometer 33 wendet, wie dies bereits vorgeschlagen wurde. Dabei abgelesen wird, werden mittels der Hähne 25 und 30 wird das Ende des Siliciumstabes geschmolzen und so eingestellt, daß sich die gewünschte Form für den aus der Schmelze ein Siliciumstab gezogen, ohne daß wachsenden Siliciumkeim 16 ergibt,
dabei ein Tiegel verwendet wird. Für dieses Ver- 4° Der Stab 17 wird so nach unten bewegt, daß die fahren ist jedoch ein Siliciumkörper von Birnen- Oberfläche des Keimes oder Körpers 16, der durch oder Pilzform ungeeignet. Aufgabe der Erfindung niedergeschlagenes Silicium wächst, immer in derist es, die Zersetzung des Siliciumwasserstoffes nach selben Höhe bleibt. In dem Maße, wie der wachsende dem Verfahren des Hauptpatentes so zu steuern, daß Siliciumkörper nach unten bewegt wird, kühlt sich das Silicium in Form eines Stabes erhalten wird. Dies 45 das Silicium ab und kristallisiert,
wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß zur Ge- Der erhaltene Siliciumkörper ist, wie aus F i g. 3 winnung von stabförmigem Silicium die Oberseite hervorgeht, ungefähr stabförmig. Die Form- oder des Siliciumkeims stets in Höhe der Unterseite der Oberflächengestaltung des Siliciumkörpers nach Heizspule gehalten wird, daß der Druck zwischen F i g. 3 wird durch folgende Faktoren bedingt:
8 und 17 mm Hg und die Durchflußmenge des 5° 1. die Temperatur des Siliciumkeimes 16,
Siliciumwasserstoffes in Abwandlung zwischen 12 2. den Druck in der Zersetzungskammer 12,
und 25 1 pro Stunde eingestellt wird und daß der 3. die Durchflußmenge des Siliciumwasserstoffes, Siliciumkeim auf eine Temperatur zwischen 1050 4. die Position des oberen Endes des Keimes be- und 1150° C erhitzt wird. züglich der Gaseinlaßdüse 22 und der Öffnung

Die Erfindung wird nun in Zusammenhang mit 55 27 der Spule 18.

den in der Zeichnung dargestellten Figuren näher Zur Herstellung von dicken oder dünnen Stäben

beschrieben. wird das obere Ende des wachsenden Stabes vor-

F i g. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung, mittels zugsweise stets unterhalb der Fläche der Spule 18

der Siliciumwasserstoff unter vermindertem Druck in gehalten, und seine Temperatur muß immer zwischen

eine Zersetzungszone geleitet wird, in der sich das ^6o 1050 und 1150° C, vorzugsweise in der Nähe von

Silicium auf der Oberfläche eines erhitzten Silicium- 1100° C liegen,

keimes niederschlägt; Dicke Stäbe werden erhalten, wenn der Druck in

F i g. 2 zeigt die Heizspule von F i g. 1 im Grund- der Zersetzungskammer niedriger ist. Bei hohen

riß dargestellt; Durchflußgeschwindigkeiten des Siliciumwasserstoffes

F i g. 3 zeigt einen Siliciumstab, wie er bei dem ⁶S werden dünne Stäbe erhalten. Diese beiden Bedin-

erfindungsgemäßen Verfahren erhalten wird. gungen können über einen weiten Bereich verändert

In F i g. 1 ist eine Vorrichtung dargestellt, die zur werden, je nach der Dicke der herzustellenden Stäbe.

Gewinnung von reinem, kristallinem Silicium aus So kann beispielsweise der Druck in der Zersetzungs-

kammer im Bereich von 8 bis 17 mm Hg schwanken und die Durchflußmenge des Siliciumwasserstoffes von 12 bis 251 pro Stunde betragen. Wenn beispielsweise ein Stab von etwa 3 cm Durchmesser erzeugt werden soll, wird der Druck auf 10 mm Hg eingestellt und die Durchflußmenge auf 20 1 pro Stunde. Ein Stab von etwa 2,5 cm Durchmesser wird bei einem Druck von 25 mm Hg und einer Durchflußmenge von 15 1 pro Stunde erhalten.

In dieser Weise hergestellte dicke Stäbe haben ein schwach konkaves Ende, während dünne Stäbe am Ende meistens flach sind. Wenn eine konvexe Oberseite bei dünnen oder dicken Stäben erhalten werden soll, wird der Stab bei dem der gewünschten Dicke entsprechenden Druck und der entsprechenden Durchflußmenge hergestellt und nach einer gewissen Zeit der Druck in der Zersetzungskammer langsam bis auf etwa 25 mm Hg erhöht und die Durchflußmenge gleichzeitig langsam bis auf 5 1 pro Stunde gesenkt.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von Silicium großer Reinheit, insbesondere von Siliciumeinkristallen, bei dem ein Strom von vollkommen reinem Siliciumwasserstoff, gegebenenfalls in Gegenwart von Trägergasen, gegen 'die Oberfläche eines Siliciumkeims strömt, der sich in einer Umhüllung befindet und durch eine mit Hochfrequenzstroni gespeiste Heizspule auf eine Temperatur oberhalb der Zersetzungstemperatur des Siliciumwasserstoffs erhitzt wird und bei Verwendung von reinem Siliciumwasserstoff über die Einstellung eines geeigneten Unterdruckes in der Umhüllung allein und/oder durch Zusetzen einer geeigneten Menge von Trägergasen aus Argon oder Stickstoff eine Verminderung der Konzentration des Siliciumwasserstoffes am Zersetzungsort und eine Strömungsgeschwindigkeit des Siliciumwasserstoffes zwischen 100 und 150 1 pro Stunde entsprechend der Temperatur des Keimkristalles derart eingestellt werden, daß sich der Siliciumwasserstoff ausschließlich auf der Oberfläche des Keimkristalles zersetzt, nach Patent 1042553, dadurch gekennzeichnet, daß zur Gewinnung von stabförmigem Silicium die Oberseite des Siliciumkeims stets in Höhe der Unterseite der Heizspule gehalten wird, daß der Druck zwischen 8 und 17 mm Hg und die Durchflußmenge des Siliciumwasserstoffes in Abwandlung zwischen 12 und 25 1 pro Stunde eingestellt wird und daß der Siliciumkeim auf eine Temperatur zwischen 1050 und 1150° C erhitzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung von Siliciumstäben mit einem Durchmesser von < 2,5 cm, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des oberen Endes des Siliciumstabes auf 1100° C, der Druck in der Umhüllung auf 15 mm Hg und die Durchflußmenge des Siliciumwasserstoffes auf 15 1 pro Stunde eingestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung von Siliciumstäben mit einem Durchmesser von > 3 cm, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des oberen Endes des Siliciumstabes auf 1100° C, der Druck in der Umhüllung auf 10 mm Hg und die Durchflußmenge des Siliciumwasserstoffes auf 20 1 pro Stunde eingestellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Bedingungen eine Zeitlang aufrechterhalten werden und daß danach der Druck in der Zersetzungskammer langsam bis auf 25 mm Hg gesteigert und gleichzeitig die Durchflußmenge des Siliciumwasserstoffes langsam auf 51 pro Stunde gesenkt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen