DE19502865A1 - Verbesserter Reaktor zur CVD-Abscheidung von Silicium mit Halbleiterqualität - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen verbesserten Reaktor zur Herstellung von Silicium mit Halbleiterqualität durch Dampf­ phasenabscheidung mit chemischem Verfahren (CVD) von Chlorsila­ nen auf beheizten Siliciumelementen. Der Reaktor ist gekenn­ zeichnet durch die Verwendung eines Wärmeaustauschelementes, das innerhalb des Reaktors angeordnet ist, um die Gastemperatur zu vermindern, ohne die beheizten Siliciumelemente wesentlich von der von anderen beheizten Siliciumelementen emittierten Strahlungswärme abzuschirmen. Die Verminderung der Gastemperatur vermindert die schädliche Homonukleierung des Siliciums inner­ halb des Reaktors, wodurch der Reaktor effizienter betrieben werden kann.

Die Herstellung von Silicium mit Halbleiterqualität wird typi­ scherweise durch Dampfphasenabscheidung mit chemischem Verfahren (CVD) von hochreinem Silan oder Halogensilan auf beheizte Ele­ mente erreicht. Solche Verfahren sind im Stand der Technik wohl­ bekannt und werden in US-A 3 053 638; US-A 3 147 141; US-A 3 099 534; US-A 4 150 168 und US-A 4 173 944 beschrieben. Das Durch­ führen des CVD-Verfahrens erfordert, daß die beheizten Elemente, die typischerweise aus Silicium gebildet werden, über die Zer­ setzungstemperatur des Silans oder Halogensilans, das dem Reaktor zugeführt wird, beheizt werden. Wenn die heterogene Abscheidung von Silicium auf die beheizten Elemente erfolgt, erhöht sich die Oberfläche der Elemente, was ein Ansteigen der Strahlungswärme von den Elementen verursacht. Die Übertragung der Strahlungswärme zwischen den beheizten Elementen ist wesent­ lich für den effizienten Betrieb des CVD-Reaktors, da dies die Strommenge vermindert, die durch die Elemente geleitet werden muß, um die gewünschte Temperatur aufrechtzuerhalten.

Jedoch erhöht die von den Elementen emittierte Konvektionswärme die Gastemperatur des Reaktors. Wenn die Gastemperatur des Reaktors eine kritische Temperatur erreicht, kann eine Silicium­ bildung durch Homonukleierung im Reaktor auftreten. Der durch das Homonukleierungsverfahren gebildete Siliciumstaub kann die Reaktorwände überziehen und dient als Isoliermaterial, was auch verursacht, daß die Gastemperatur weiterhin steigt. Als Folge der Erhöhung der Gastemperatur in dem Reaktor steigt die homoge­ ne Nukleierung an, was zusätzlichen Siliciumstaub erzeugt. Die­ ser Siliciumstaub enthält typischerweise hohe Gehalte an Kon­ taminanten und kann sich auf dem Halbleitersilicium absetzen, was unannehmbare Gehalte an Kontaminanten und Oberflächenmängel verursacht.

Um Probleme mit durch Homonukleierung gebildetem Siliciumstaub zu verhindern, ist es typischerweise notwendig, die Energie zu den sich bildenden Siliconelementen zu vermindern oder den Mol­ prozentanteil der Silan- oder Halogensilanbeschickung für den Reaktor im Verlauf eines Durchlaufs zu vermindern. Jede dieser Hilfsmaßnahmen vermindert die heterogene Bildung von Silicium, was zu einem weniger effizienten Reaktor führt.

Mit der vorliegenden Erfindung wird ein CVD-Reaktor zur Abschei­ dung von Chlorsilangas auf einem beheiztem Siliciumelement ein­ geführt. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Reaktors ein Wärmeaustauschelement angeordnet wird. Dieses Wär­ meaustauschelement hat eine solche Größe und einen solchen Auf­ bau, daß es die beheizten Siliciumelemente nicht wesentlich von der von anderen beheizten Siliciumelementen emittierten Strah­ lungswärme abschirmt. Das Wärmeaustauschelement dient dazu, die Konvektionswärme des Gases zu entfernen, wodurch sich die Tempe­ ratur des Gases vermindert und die Homonukleierung von Silicium­ staub im Reaktor vermindert wird. Die dadurch erfolgende Reduk­ tion von Siliciumstaub in dem Reaktor läßt es zu, daß der Reak­ tor über längere Zeiträume mit höheren Temperaturen der Si­ liciumelemente und mit höheren Molprozentanteilen von Chlorsi­ lanbeschickungsgas betrieben werden kann. Dies führt zu einer höheren Ausbeute an Silicium mit Halbleiterqualität aus einem Reaktor während einer Fabrikationsperiode.

In US-A 4 150 168 wird ein CVD-Verfahren gelehrt zur Abscheidung von Silan (SiH₄) auf beheizten Siliciumelementen. Dieses Doku­ ment betrifft hauptsächlich die Bereitstellung von Siliciumele­ menten mit gleichmäßiger Form, die für tiegelfreies Zonenschmel­ zen geeignet sind. Es wird die Verwendung eines Wärmeisolators beschrieben, um jedes der Siliciumelemente in dem Reaktor vor der von anderen Siliciumelementen in dem Reaktor emittierten Strahlungswärme zu isolieren. Es wird angegeben, daß die thermi­ sche Abschirmung jedes der Stäbe gleichmäßigere Stabtemperaturen und damit ein gleichmäßigeres Stabwachstum liefert. Es wird auch gelehrt, daß eine Pyrolysezersetzungsreaktion von Silan auf­ tritt, die bei der Zersetzung von Halogensilanen, wie Chlorsi­ lan, nicht beobachtet wird, das heißt, eine Homonukleierung. Es wird berichtet, daß dieses Homonukleierungsverfahren vermindert werden kann durch Verwendung des Wärmeisolators.

Obwohl dieses Dokument lehrt, daß die Siliciumbildung durch Homonukleierung in einem CVD-Reaktor zur Abscheidung von Chlor­ silanen nicht auftritt, wurde gefunden, daß dies nicht der Fall ist. Statt dessen wurde gefunden, daß dann, wenn die Gastempera­ tur eines CVD-Reaktors für die Pyrolyse von Chlorsilanen auf beheizten Siliciumelementen eine kritische Temperatur erreicht, der durch die Homonukleierungsreaktion gebildete Siliciumstaub die Leistung des Reaktors negativ beeinflußt. Im Gegensatz zu dem, was im Stand der Technik gelehrt wird, ist es nicht notwen­ dig, jedes Siliciumelement vollständig von der von anderen Ele­ menten emittierten Strahlungswärme abzuschirmen, um dieses Homo­ nukleierungsverfahren zu vermindern, noch ist es erwünscht, da es auch den Energieverbrauch erhöht. Es wurde gefunden, daß ein Wärmeaustauschelement innerhalb des CVD-Reaktors so angeordnet werden kann, daß die Gastemperatur vermindert wird, ohne die beheizten Siliciumelemente wesentlich von der von den beheizten Siliciumelementen emittierten Strahlungswärme abzuschirmen. Der Vorteil dieses Anordnens des Wärmeaustauschelements besteht darin, daß:

• (1) Konvektionswärme von dem Gas entfernt werden kann, was zu einer Verminderung der Siliciumstaubbildung durch Homonukleierung führt, und
• (2) weniger Strom für die einzelnen Siliciumelemente erforderlich ist, da sie nicht wesentlich von der von jedem Element emittierten Strahlungswärme abgeschirmt werden.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines typischen Reak­ tors, der für das CVD von Chlorsilanen auf beheizten Silicium­ elementen geeignet ist, wobei in dem Reaktor ein Wärmeaustausch­ element angeordnet ist. Fig. 2 und Fig. 3 sind Querschnitte von beispielhaften Reaktoren mit Wärmeaustauschelementen, die zur Durchführung der vorliegenden Erfindung geeignet sind.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines typischen Reak­ tors, der für das CVD von Chlorsilanen auf einem beheizten Sili­ ciumelement geeignet ist, wobei in dem Reaktor ein Wärmeaus­ tauschelement angeordnet ist. Reaktoren für das CVD von Silanen und Chlorsilanen auf beheizten Elementen sind im Stand der Technik wohlbekannt, und es wird vorausgesetzt, daß das Wärme­ austauschelement der vorliegenden Erfindung in jedem solchen Reaktor, der zur Abscheidung von Chlorsilanen auf beheizten Siliciumelementen unter Bildung von Halbleitersilicium verwendet wird, verwendet werden kann. Solche Reaktoren werden in US-A 3 053 638; US-A 3 147 141; US-A 3 099 534; US-A 4 150 168 und US-A 4 173 944 beschrieben.

Der Reaktor von Fig. 1 umfaßt eine Basisplatte 1. In der Basis­ platte 1 ist eine Aussparung angeordnet, und die Basisplatte 1 weist ein Zulaufrohr 2 und ein Ablaufrohr 3 auf, was eine Zirku­ lation eines Kühlmittels durch die Basisplatte zuläßt. In der Basisplatte 1 sind auch Beschickungsdüsen 4 angeordnet, durch die Wasserstoff und Chlorsilangas dem Reaktor entweder getrennt oder als Mischung zugeführt werden können. Die Beschickungsdüsen sind nicht auf die zwei in der Basisplatte angeordneten be­ schränkt, und es kann eine Vielzahl an irgendeiner geeigneten Stelle in dem Reaktor angeordnet sein. Die Basisplatte 1 enthält einen Entlüftungsauslaß 5, um Gase, die während des Abschei­ dungsverfahrens erzeugt wurden, zu entfernen. Die Basisplatte 1 weist Verbindungsglieder 6 auf, die eine Einrichtung liefern, um dem Siliciumelement 7 elektrischen Strom zuzuführen, um ein Erwärmen des Siliciumelements 7 zu bewirken. Das Verbindungs­ glied 6 kann einen standardmäßigen Aufbau haben. Der Fachmann erkennt, daß diese Basisplatte 1 eine Vielzahl von Verbindungs­ gliedern 6 enthalten kann, um eine Vielzahl von Siliciumelemen­ ten 7 in dem Reaktor beheizen zu können.

Auf der Basisplatte 1 ist der Behälter 8 angeordnet. Der Behäl­ ter 8 wird mit der Basisplatte 1 in Kontakt gebracht und daran befestigt, um einen im wesentlichen geschlossenen Reaktor zu bilden. Unter "im wesentlichen geschlossener Reaktor" wird ver­ standen, daß der Kontakt zwischen Basisplatte 1 und Behälter 8 ausreichend ist, daß der Reaktor unter einem anderen Druck als Umgebungsdruck entstehen kann. Im allgemeinen ist es bevorzugt, daß die Basisplatte 1 den Behälter 8 dicht verschließt, um ein Entweichen von Gasen aus dem Reaktor zu minimieren. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Behälter 8 doppelwandig mit einem zwischen den Behälterwänden angeordneten Kühlbett. Die Einlaßöffnung 9 und die Auslaßöffnung 10 liefern eine Einrich­ tung, um ein Kühlmittel durch das Kühlbett des Behälters zu lei­ ten. In den Behälterwänden sind Beobachtungsfenster 11 angeord­ net. Der Reaktor ist nicht auf drei Beobachtungsfenster, wie sie dargestellt sind, beschränkt, sondern kann keine Fenster oder so viele Fenster wie notwendig, um das Innere des Reaktors zu kontrollieren, aufweisen. Die Beobachtungsfenster 11 können aus irgendeinem durchsichtigem Material sein, das der Wärme des Reaktors widerstehen kann und keine wesentliche Kontamination des darin gebildeten Halbleitersiliciums verursacht.

In dem zentralen Teil des Behälters 8 ist ein Wärmeaustausch­ element 12 befestigt. In Fig. 1 umfaßt das Wärmeaustauschele­ ment 12 zwei konzentrisch angeordnete Röhren, die eine innere Kammer und eine äußere Kammer erzeugen. Durch die Einlaßöffnung 13 kann ein Kühlmittel in den inneren Kanal gepumpt werden und nach unten durch den inneren Kanal und nach oben durch den äuße­ ren Kanal fließen, wobei es durch Auslaßöffnung 14 austritt. Die Anordnung des Wärmeaustauschelementes 12 in dem Reaktor ist nicht kritisch und es kann irgendeine Position sein, die den Kontakt mit der Gasmasse innerhalb des Reaktors zuläßt, ohne die Mehrzahl der Siliciumelemente 7 von der von den Siliciumelemen­ ten emittierten Strahlungswärme abzuschirmen. In einer alterna­ tiven Anordnung kann das Wärmeaustauschelement 12 an der Basis­ platte 1 befestigt sein.

Fig. 2 ist ein Querschnitt einer geeigneten Konfiguration des Wärmeaustauschelementes 12. In Fig. 2 umfaßt das Wärmeaus­ tauschelement 12 konzentrisch angeordnete Röhren, die einen inneren und äußeren Kanal erzeugen, durch den eine Kühlflüssig­ keit zirkuliert werden kann. Rund um das Wärmeaustauschelement 12 ist eine Vielzahl von Siliciumelementen 7 angeordnet. Das Wärmeaustauschelement 12 und die Mehrzahl der Siliciumelemente 7 sind von der Behälterwand 8 umgeben, die eine Kammer enthält, um darin Kühlflüssigkeit zu zirkulieren.

Fig. 3 ist ein Querschnitt einer bevorzugteren Konfiguration des Wärmeaustauschelementes 12. In Fig. 3 umfaßt das Wärmeaus­ tauschelement 12 einen inneren röhrenförmigen Kanal, der von vier Rippen mit doppelwandigem Aufbau umgeben ist, wobei der doppelwandige Aufbau einen Kanal innerhalb der Rippen liefert, durch den ein Kühlmittel geleitet werden kann. Der innere röh­ renförmige Kanal ist mit dem Kanal innerhalb der Rippen verbun­ den, wodurch ein kontinuierlicher Kanal geschaffen wird, durch den ein Kühlmittel geleitet werden kann. Der Fachmann erkennt, daß das in Fig. 3 dargestellte Wärmeaustauschelement 12 nicht auf vier Rippen begrenzt ist, sondern jede geeignete Anzahl von Rippen aufweisen kann. Rund um das in Fig. 3 dargestellte Wär­ meaustauschelement ist eine Vielzahl von Siliciumelementen 7 angeordnet. In Fig. 3 sind das Wärmeaustauschelement 12 und die Mehrzahl der Siliciumelemente 7 von der Behälterwand 8 umgeben, die eine Kammer enthält, um Kühlflüssigkeit zu zirkulieren.

In der Praxis betrifft die vorliegende Erfindung einen im we­ sentlichen geschlossenen Reaktor, der einen Behälter umfaßt, der eine Kammer bildet, die zur Durchführung von CVD von Silicium aus einer gasförmigen Mischung, die Wasserstoff und ein Chlorsi­ lan der Formel Cl_nSiH_4-n umfaßt, worin n = 1, 2, 3 oder 4 ist, auf einer Vielzahl von in der Kammer angeordneten beheizten Siliciumelementen geeignet ist. Die Verbesserung des Reaktors umfaßt ein extern gekühltes Wärmeaustauschelement, das innerhalb der Kammer angeordnet ist, um die Temperatur der in der Kammer vorhandenen Gasmasse zu vermindern, ohne die Mehrzahl der be­ heizten Siliciumelemente wesentlich von der von anderen Si­ liciumelementen emittierten Strahlungswärme abzuschirmen.

Im wesentlichen geschlossene Reaktoren für die CVD von Silicium auf beheizten Siliciumelementen sind im hier diskutierten Stand der Technik bereits beschrieben. Eine schematische Darstellung eines solchen geeigneten Reaktors ist in Fig. 1 angegeben.

Unter "im wesentlichen geschlossener Reaktor" wird verstanden, daß der Reaktor ausreichend abgeschlossenen ist, um zuzulassen, daß der Reaktor unter anderen als Umgebungsbedingungen betrieben werden kann. Im allgemeinen ist es bevorzugt, daß der Reaktor so abgedichtet ist, daß ein Entweichen von Gasen aus dem Reaktor minimiert ist.

Die Funktion der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Effi­ zienz des Reaktors zu verbessern, indem Konvektionswärme aus der Gasmasse entfernt wird, ohne die Mehrzahl der beheizten Sili­ ciumelemente von der von den Siliciumelementen emittierten Strahlungswärme abzuschirmen. Daher kann das extern gekühlte Wärmeaustauschelement irgendeinen Standardaufbau haben, der den Konvektionswärme-Transferbereich innerhalb des Reaktors wirksam erhöht. Solche Ausführungen sind in der vorliegenden Fig. 1 gezeigt, wobei das Wärmeaustauschelement aus zwei konzentrisch angeordneten Röhren besteht, die ein inneres Lumen und ein äuße­ res Lumen erzeugen, durch das ein Wärmeaustauschmedium zirku­ liert werden kann. Ein Beispiel eines bevorzugten Wärmeaus­ tauschelementes ist in der vorliegenden Fig. 3 gezeigt, wobei das Wärmeaustauschelement aus einem inneren Lumen besteht, das von vier Rippen umgeben ist, die wiederum Lumina aufweisen, durch die eine Wärmeaustauschflüssigkeit zirkuliert werden kann. Das in Fig. 3 dargestellte bevorzugte Wärmeaustauschelement ist nicht auf vier Rippen begrenzt, sondern kann irgendeine Anzahl von Rippen aufweisen.

Das Wärmeaustauschelement kann so aufgebaut sein, daß dann, wenn es in der Reaktorkammer angeordnet ist, es die Mehrzahl der beheizten Siliciumelemente nicht wesentlich von der von den Siliciumelementen emittierten Strahlungswärme abschirmt. Unter "wesentlich abschirmt" wird verstanden, daß weniger als 50% der von einem beheizten Siliciumelement emittierten Strahlungswärme abgeschirmt werden von dem Kontakt mit anderen beheizten Sili­ ciumelementen in dem Reaktor. Bevorzugt ist es, wenn weniger als 20% der von einem beheizten Siliciumelement emittierten Strah­ lungswärme von dem Kontakt mit anderen beheizten Siliciumelemen­ ten in dem Reaktor abgeschirmt werden. Beispiele für solche Wärmeaustauschelemente und ihre Anordnung sind in der Fig. 1, Fig. 2 und Fig. 3 dargestellt.

Die Anordnung des Wärmeaustauschelementes innerhalb der Reaktor­ kammer kann irgendeine Anordnung sein, die den Kontakt mit der Gasmasse zuläßt und die Mehrzahl der beheizten Siliciumelemente nicht wesentlich von der von Siliciumelementen emittierten Strahlungswärme abschirmt. Das Wärmeaustauschelement kann von der Reaktorbehälterwand herabhängen, wie in Fig. 1 dargestellt, oder kann auf der Basisplatte eines Reaktors angeordnet sein. Das Wärmeaustauschelement kann auch exzentrisch innerhalb des Reaktors angeordnet sein. Der Reaktor kann mehr als ein Wärme­ austauschelement enthalten, solange die Wärmeaustauschelemente zusammen die beheizten Siliciumelemente nicht wesentlich von der von den Siliciumelementen emittierten Strahlungswärme abschir­ men.

Das Wärmeaustauschelement wird extern gekühlt. Eine externe Kühlung wird erreicht, indem ein geeignetes Wärmeaustauschmedium durch einen oder mehrere Kanäle oder Lumina des Wärmeaustau­ schers geleitet wird. Ein solches Wärmeaustauschmedium schließt flüssiges Polydimethylsiloxan, Wasser und gasförmige Kühlmittel ein. Ein bevorzugtes Wärmeaustauschmedium ist flüssiges Polydi­ methylsiloxan.

Das Wärmeaustauschelement kann aus Standardmaterialien aufgebaut sein, die zur Konstruktion von CVD-Reaktoren, die zur Pyrolyse von Chlorsilanen auf beheizten Siliciumelementen unter Bildung von Silicium mit Halbleiterqualität verwendet werden, geeignet sind. Das Wärmeaustauschelement kann zum Beispiel aus Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt hergestellt werden.

Der vorliegende, im wesentlichen geschlossene Reaktor enthält eine Vielzahl von beheizten Siliciumelementen. Der Reaktor muß zwei oder mehr beheizte Siliciumelemente enthalten, wobei die obere Grenze der Anzahl von beheizten Siliciumelementen durch den jeweiligen Aufbau des Reaktors begrenzt wird.

Der vorliegende, im wesentlichen geschlossene Reaktor wird für die CVD einer gasförmigen Mischung, die Wasserstoff und ein Chlorsilan der Formel Cl_nSiH_4-n worin n = 1, 2, 3 oder 4 ist, umfaßt, auf eine Vielzahl von beheizten Siliciumelementen ver­ wendet. Ein bevorzugtes Chlorsilan ist Trichlorsilan. Allgemein wird das Wasserstoffgas dem Reaktor in einem molaren Überschuß bezogen auf das aus dem Chlorsilan während der Pyrolyse des Chlorsilans freigesetzte Chlor zugeführt. Das Wasserstoffgas kann als Träger und Verdünnungsgas für das dem Reaktor zugeführ­ te Chlorsilan verwendet werden.

Die Wärmeaustauschkapazität des Wärmeaustauschelementes wird bestimmt durch thermodynamische Standardüberlegungen, wie die Oberfläche des Wärmeaustauschelementes, die Wärmeleitfähigkeit der Baumaterialien und die Temperatur und Wärmekapazität der Wärmeaustauschmedien. Im allgemeinen ist es bevorzugt, daß die Temperatur des Reaktorgases unterhalb der Temperatur gehalten wird, bei der das jeweilige Chlorsilan Mengen an Silicium durch Homonukleierung bildet, die für das Produktionsverfahren schäd­ lich sind. Diese Temperatur hängt von dem jeweiligen Chlorsilan und dem jeweils angewendeten Reaktor ab.

Die vorliegende Erfindung ist besonders geeignet zur Herstellung von Silicium mit Halbleiterqualität, das in Verfahren verwendet werden soll wie dem Czochralski-Verfahren zum Züchten von Sili­ ciumeinkristallen aus einer Siliciumschmelze. Unter "Silicium mit Halbleiterqualität" wird allgemein ein Material verstanden, das zu mehr als 99,9 Gewichtsprozent aus Silicium besteht.

Das folgende Beispiel soll die Vorteile der vorliegenden Erfin­ dung zeigen.

Beispiel

Die Wirkungen eines in einem üblichen Reaktor für die CVD von Trichlorsilan angeordneten Wärmeaustauschelementes wurden ausge­ wertet.

Der Reaktor hat einen üblichen Aufbau und war ähnlich dem in der vorliegenden Fig. 1 beschriebenen und enthielt eine Mehrzahl von Siliciumelementen. Die Beschickung des Reaktors war eine Mischung von Wasserstoff und Trichlorsilan. Die Anfangstempera­ tur der Siliciumelemente war 1060°C und wurde nach und nach auf eine Temperatur von 965°C während des Versuchsverlaufs abge­ senkt. Es wurde in dem Reaktor ein Basisversuch durchgeführt ohne Wärmeaustauschelement. Der Zweck des Basisversuches war es, die Zeitdauer festzustellen, während der der Reaktor betrieben werden konnte, bevor die Temperatur der Gasmasse einen Punkt erreichte, an dem die Homonukleierung die Leistung des Reaktors beeinflußte, was eine Verminderung der dem Reaktor zugeführten Trichlorsilanmenge erforderte, und um die Abscheidungsrate des Siliciums zu bestimmen.

Für den verwendeten Reaktor wurde empirisch festgestellt, daß dann, wenn die Temperatur der Gasmasse 650°C erreichte, was durch ein in einer Reaktoröffnung angeordnetes Thermoelement bestimmt wurde, der Grad an Homonukleierung die Leistung des Reaktors in einem Ausmaß beeinflußte, daß der Molprozentanteil von dem dem Reaktor zugeführten Trichlorsilan vermindert werden mußte. Für den Basisversuch erreichte die Temperatur der Gasmas­ se die kritischen 650°C nach etwa 33 Betriebsstunden, was erfor­ derte, daß der dem Reaktor zugeführte Molprozentanteil Trichlor­ silan für den Rest des 42-Stunden-Versuchs vermindert wurde. Die durchschnittliche Siliciumabscheidungsrate für den Basisversuch war 1,2 mm/h.

Im Vergleichsversuch wurde ein Wärmeaustauschelement ähnlich dem in Fig. 3 beschriebenen in dem Reaktor angeordnet. Die Kühlung erfolgte, indem durch das Wärmeaustauschelement Syltherm^TM Wär­ meaustauschflüssigkeit (Dow Corning Corporation, Midland, MI) zirkuliert wurde. Die Wärmeaustauschflüssigkeit hatte eine Tem­ peratur von 190°C, die am Eingang des Wärmeaustauschelementes bestimmt wurde. Der Vergleichsversuch wurde durchgeführt ähnlich dem für den Grundversuch beschriebenen. Das Temperaturprofil der Siliciumelemente wurde kontrolliert, damit es gleich war wie das Temperaturprofil der Siliciumelemente für den Grundversuch. Der Vergleichsdurchlauf wurde über einen Zeitraum von 43 Stunden durchgeführt, wonach die Temperatur der Gasmasse die kritische Temperatur von 650°C erreichte, und der Versuch wurde gestoppt.

Die durchschnittliche Siliciumabscheidungsrate für den Ver­ gleichsversuch war 1,3 mm/h.

Claims (6)

1. Im wesentlichen geschlossener Reaktor umfassend eine Basis­ platte (1) und einen Behälter (8), der darauf angeordnet ist, unter Bildung einer Reaktionskammer, die geeignet ist, um darin ein chemisches Dampfphasen-Abscheidungverfahren von Silicium aus einer gasförmigen Mischung, die Wasserstoff und ein Chlorsilan der Formel Cl_nSiH_4-n worin n 1, 2, 3 oder 4 ist, auf einer Vielzahl von beheizten Siliciumelementen (7), die innerhalb der Kammer angeordnet sind, zu bewirken, wobei der Reaktor dadurch gekennzeichnet ist, daß ein extern gekühltes Wärmeaustausch­ element (12) innerhalb der Kammer angeordnet ist, um die Tempe­ ratur der in der Kammer vorhandenen Gasmasse zu vermindern, ohne die Mehrzahl der beheizten Siliciumelemente (7) von der von den Siliciumelementen emittierten Strahlungswärme wesentlich abzu­ schirmen.

2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeaustauschelement (12) zwei konzentrisch angeordnete Röhren umfaßt, die ein inneres Lumen und ein äußeres Lumen erzeugen, durch das ein Wärmeaustauschmedium zirkuliert werden kann.

3. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeaustauschelement (12) ein Rohr umfaßt mit einem inneren Lumen, wobei das Rohr ein oder mehrere externe Rippen mit Lumina darin aufweist, durch die eine Wärmeaustauschflüssigkeit zirku­ liert werden kann.

4. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeaustauschelement (12) so angeordnet ist, daß weniger als 50% der von den beheizten Siliciumelementen (7) emittierten Strahlungswärme von einem Kontakt mit anderen beheizten Sili­ ciumelementen (7) in dem Reaktor abgeschirmt werden.

5. Verfahren zur Herstellung von Silicium mit Halbleiterquali­ tät, umfassend, daß man

• (A) eine gasförmige Mischung aus Wasserstoff und einem Chlorsi­ lan der Formel Cl_nSiH_4-n, worin n 1, 2, 3 oder 4 ist, in einen im wesentlichen geschlossenen Reaktor einleitet, der eine Basisplatte (1) und einen Behälter (8) umfaßt, die eine Reaktionskammer definieren, wobei innerhalb der Kammer eine Vielzahl von beheizten Siliciumelementen (7) angeord­ net ist,
• (B) Strom durch die beheizten Siliciumelemente (7) leitet, um ein Beheizen der Siliciumelemente über die Zersetzungstem­ peratur des Chlorsilans zu bewirken, wodurch eine heteroge­ ne Abscheidung von elementarem Silicium auf den beheizten Siliciumelementen (7) bewirkt wird und die Gasmasse inner­ halb der Kammer erhitzt wird und
• (C) eine Wärmeaustauschflüssigkeit durch ein extern gekühltes Wärmeaustauschelement (12), das innerhalb der Kammer an­ geordnet ist, leitet, um das Erwärmen der Gasmasse zu ver­ mindern, wodurch die Siliciumbildung durch homogene Nukleierung innerhalb der Kammer vermindert wird, ohne die Mehrzahl der beheizten Siliciumelemente (7) wesentlich von der von den Siliciumelementen emittierten Strahlungswärme abzuschirmen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Chlorsilan Trichlorsilan ist und die Temperatur der Gasmasse innerhalb des im wesentlichen geschlossenen Reaktors geringer als etwa 650°C ist.