DE2558387A1

DE2558387A1 - METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING POLYCRYSTALLINE SILICON

Info

Publication number: DE2558387A1
Application number: DE19752558387
Authority: DE
Inventors: Bobbie Dean Stone
Original assignee: Monsanto Co
Current assignee: Monsanto Co
Priority date: 1974-12-26
Filing date: 1975-12-23
Publication date: 1976-07-08
Also published as: GB1532649A; BE837009A; JPS5189817A

Description

DR. BERG D I P L.-I N G. S T A P F DIPL.-ING. SCHWABE DR. DR. SANDMAIR DR. BERG DIP L.-IN G. STA P F DIPL.-ING. SCHWABE DR. DR. SANDMAIR

PATENTANWÄLTE 8 MÖNCHEN 80 · MAUERKIRCHERSTR. 45PATENTANWÄLTE 8 MÖNCHEN 80 · MAUERKIRCHERSTR. 45

Anwalts akte 26 5>89 0 3 HF7 1375 Attorney's file 26 5> 89 0 3 HF7 1375

Be/SchBe / Sch

Monsanto Company St. Louis, Missouri / USAMonsanto Company St. Louis, Missouri / USA

"Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von polykristallinem Silicium""Process and device for the production of polycrystalline silicon"

Diese Erfindung betrifft im allgemeinen die Herstellung von polykristallinem Silicium, insbesondere für Halbleiterzwecke, und im besonderen Vorrichtungen und Verfahren zur Herstellung von polykristallinem Silicium durch Zersetzung von Gemischen von Silanen oder Chlorsilanen und Wasserstoff.This invention relates generally to the manufacture of polycrystalline silicon, particularly for semiconductor use, and more particularly, apparatus and methods for producing polycrystalline silicon by decomposition of mixtures of silanes or chlorosilanes and hydrogen.

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Es werden zur Zeit viele Arten von integrierten elektronischen Schaltkreisen und getrennten Vorrichtungen, wie Dioden und Transistoren, aus monokristallinem Siliciumhalbleitern extrem hoher Reinheit hergestellt- Ein derartiges monokristallines Sxlicium wird durch die geeignete Umwandlung von polykristallinem Sxlicium extrem hoher Reinheit, zum Beispiel durch Zonen-Raffinieren eines polykristallinen Siliciumstabes oder durch Czochralski-Ziehen einer Schmelze von polykristallinen! Sxlicium hergestellt.There are currently many types of integrated electronic circuits and separate devices such as Diodes and transistors made from monocrystalline silicon semiconductors of extremely high purity - such a thing monocrystalline silicon is obtained through the appropriate conversion of polycrystalline silicon of extremely high purity, for example by zone refining a polycrystalline silicon rod or by Czochralski pulling a melt of polycrystalline! Sxlicium made.

Nach dem Stand der Technik stellt man nach dem allgemein verwendeten technischen Verfahren polykristallines Sxlicium mit Halbleiterqualität dadurch her, daß man ein Gemisch von Wasserstoff und Silanen oder Chlossilanen über dünne Stäbe aus Sxlicium hoher Reinheit, die in einem geeigneten Reaktionsgefäß, wie in einer großen Quarzglocke, angebracht sind, leitet. Die Stäbe erhitzt man mittels Stromdurchfluß und erhöht den Strom allmählich, um eine konstante Oberflächentemperatur auch dann beizubehalten, v/enn die Stäbe als Folge der Ablagerung von Sxlicium auf der Oberfläche im Durchmesser zunehmen.According to the state of the art, polycrystalline silicon is produced by the generally used technical process with semiconductor quality by placing a mixture of hydrogen and silanes or chlossilanes over thin rods Made of high-purity silicon, which is placed in a suitable reaction vessel, such as a large quartz bell are, directs. The rods are heated by means of a current flowing through them and the current is gradually increased to a constant surface temperature even then to maintain the rods as a result of the deposition of Sxlicium on the surface increase in diameter.

Dieses Verfahren ist in typischer Weise in den U.S.-Patentschriften 2 854 318, 3 011 877, 3 142 584 und 3 146 beschrieben.This method is typically described in U.S. patents 2,854,318, 3,011,877, 3,142,584 and 3,146.

Die chemischen und thermodynamischen Grundsätze des Abbauverfahrens nach dem Stand der Technik sind in den f olgen-The chemical and thermodynamic principles of the degradation process according to the state of the art, the following

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den typischen Aufsätzen erörtert:discussed the typical essays:

Chu, T. L. Research Report 8-1038-K18, 6.9.1957, Westinghouse Research Labs, Pittsburgh, Penn.Chu, T. L. Research Report 8-1038-K18, September 6, 1957, Westinghouse Research Labs, Pittsburgh, Penn.

Lever, R. G., IBM Journal 8, 460 (1964).Lever, R.G., IBM Journal 8, 460 (1964).

Theurer, H.C, Journal Electrochem Soc. 108, 649 (1961).Theurer, H.C, Journal Electrochem Soc. 108, 649 (1961).

Steinmayer, W. Phillips Research Report 18, 75 (1963).Steinmayer, W. Phillips Research Report 18, 75 (1963).

E. Sirtl, Semiconductor Silicon, 56, ed. R. R. Haberschel und E. L. Kern, The Electrochemical Society, Inc.N.Y. (1968)E. Sirtl, Semiconductor Silicon, 56, ed. R. R. Haberschel and E. L. Kern, The Electrochemical Society, Inc.N.Y. (1968)

Hunt, L. P. und Sirtl, E. J. Electrochem. Soc. 119, No. 12, 1741 (1972).Hunt, L. P. and Sirtl, E. J. Electrochem. Soc. 119, no. 12, 1741 (1972).

Bawa, M.S., Goodman, R. C. und Truitt, J. K, "Chemical Vapor Deposition - Fourth International Conference," ed. G. ]?. Wakefield und J. M. Blocher, Jr., The Elektrochemieal Society (1973).Bawa, M.S., Goodman, R. C., and Truitt, J. K, "Chemical Vapor Deposition - Fourth International Conference, "ed. G.] ?. Wakefield and J. M. Blocher, Jr., The Elektrochemieal Society (1973).

Im allgemeinen ist festzustellen, daß man bisher bei der Herstellung von polykristallinem Silicium mit einer für die Halbleiterverwendung ausreichenden Reinheit davon ausgeht, daß das polykristalline Silicium auf einem Kieselsäurebzw. Silicium-haltigen Material, vorzugsweise reinem Silicium, wachsen oder abgelagert werden muß und daß das wirksamste Verfahren, dies zu erreichen, die Ablagerung des Silbiums auf einen dünnen Stab ist, den man durch Stromdurchfluß erhitzt, um dadurch den Durchmesser des Stabes mit fortschreitender Ablagerung zu erhöhen.In general, it should be noted that hitherto in the production of polycrystalline silicon with a for the use of semiconductors of sufficient purity assumes that the polycrystalline silicon on a silicic acid or. Silicon-containing material, preferably pure silicon, must grow or be deposited and that that The most effective method of achieving this is to deposit the silicon on a thin rod, which is passed through by a current heated to thereby increase the diameter of the rod as the deposition proceeds.

Zu den Problemen, die diesem Verfahren nach dem Stand der Technik anhaften, gehören: Der Durchsatz bei bestehendenProblems inherent in this prior art method include: Throughput with existing ones

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Systemen wird durch die relativ beschränkte Oberfläche, die dann zur Verfugung steht, wenn die Stäbe noch klein sind, und durch die Neigung zur Ablagerung an der Quarzglocke beschränkt, wobei die letztere ohne irgendwelchen brauchbaren Zweck oder Vorteil dann eintritt, wenn zu viel Silane dem Reaktionsgefäß zugeführt werden. Weiterhin ist bei dem bisherigen Verfahren wegen der begrenzten wirksamen Oberfläche der dünnen Stäbe die Ausbeute etwas geringer, als sie nach der thermodynamischen Theorie möglich wäre. Darüberhinaus müssen die Ablagerungstemperaturen, unterhalb der Temperatur gehalten werden, die zur optimalen Ausbeute und Geschwindigkeit erforderlich ist, um eine glatte Oberfläche auf dem Stab in dem Maße, wie die Ablagerung stattfindet, aufrechtzuerhalten und um das Durch'schmelzen der Stäbe bei höheren Stromstärken zu vermeiden. Ein weiterer Nachteil ist, daß die Verwendung von Dichlorsilan in dem bisherigen Verfahren zur Herstellung von polykristallinem Silicium dadurch in wirksamer Weise ausgeschlossen ist, weil diese sehr reaktionsfähige Verbindung dazu neigt, eine rauhe Ablagerung zu bilden und sich an der Quarzglocke abzulagern. Ein weiterer Nachteil des bisherigen "Dünn-Stab"-Verfahrens besteht darin, daß eine Kraftversorgung verwendet werden muß, die eine Steuerung über einen ziemlich breiten Bereich von,Spannungen und Stromstärken ermöglicht, weil der Aufwuchs bei relativ niederen Stromstärken und relativ hohen Spannungen eingeleitet wird, aber bei Fort-Systems is made possible by the relatively limited surface area that is available when the rods are still small are, and limited by the tendency to deposit on the quartz bell, the latter without any useful purpose or advantage occurs when too much silanes are added to the reaction vessel. Furthermore is in the previous method because of the limited effective Surface of the thin rods, the yield is somewhat lower than would be possible according to the thermodynamic theory. Furthermore the deposition temperatures must be kept below the temperature required for optimum yield and Speed is required to obtain a smooth surface on the rod as the deposition takes place to maintain and to avoid the melting of the rods at higher currents. Another disadvantage is that the use of dichlorosilane in the previous one Process for the production of polycrystalline silicon is thereby effectively excluded, because this very reactive compound tends to form a rough deposit and deposit on the quartz bell jar. Another disadvantage of the previous "thin rod" process is that a power supply must be used that has control over a fairly wide range of voltages and currents because of the growth at relatively low currents and currents relatively high tensions are initiated, but as the

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schreiten des Aufwuchsverfahrens allmählich, ein "Übergang zu hohen Stromstärken und niederen Spannungen vorgenommen werden muß. Derartige KraftZuführungen und die hierzu erforderlichen Steuer- und Überwachungssysteme sind kompliziert und kostspielig. Darüberhinaus sind die bisher verwendeten großen Quarzglocken teuer und schadensanfällig. step the growth process gradually, a "transition too high currents and low voltages must be undertaken. Such power supplies and the the control and monitoring systems required for this complicated and expensive. In addition, the large quartz bells used up to now are expensive and prone to damage.

Als Gegenstände der Erfindung sind verbesserte Vorrichtungen und Verfahren zu erwähnenImproved devices and methods are to be mentioned as objects of the invention

- durch die polykristallines Silicium hoher Reinheit zur Halbleiterverwendung hergestellt werden kann,- by means of which polycrystalline silicon of high purity can be produced for use in semiconductors,

- durch die eine potentiell höhere Ausbeute und Geschwindigkeit bei einer gegebenen Reaktorgröße gegenüber dem Stand der Technik erreicht werden kann,- by a potentially higher yield and speed for a given reactor size compared to the State of the art can be achieved,

- die Siliciumstäbe zur Ablagerung von Silicium weder fordern noch verwenden,- Neither require the silicon rods for the deposition of silicon still use,

- die ein Maximum an Ablagerungsoberfläche schaffen und die Verwendung höherer Arbeitstemperaturen als bisher ermöglichen, - which create a maximum of deposit surface and enable the use of higher working temperatures than before,

- die das zweckmäßigere Siliciumtetrachlorid verwenden und die die Verwendung von Dichlorsilanen ermöglichen,- who use the more appropriate silicon tetrachloride and which enable the use of dichlorosilanes,

- die einfachere, weniger komplizierte und wirtschaftlichere Kraftzuführungen und die hierzu gehörigen Steuersysteme ermöglichen und- the simpler, less complicated and more economical power supplies and the associated control systems enable and

Vorrichtungen ermöglichen, die relativ einfach und wirtschaftlich konstruiert sind, deren Haltung wirtschaftlichDevices that are constructed relatively simply and economically make it possible to keep them economically

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ist und die relativ nicht schadensanfällig sind.and which are relatively not susceptible to damage.

Zusammenfassend besteht die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung zur Herstellung von polykristallinem Silicium hoher Reinheit in einem langen röhrenförmigen Reaktionsgefäß, das an einem Ende Zuführung für Reaktionspartner aufweist, um das Innere des Reaktionsgefäßes mit einem gasförmigen Strom von Silicium-enthaltenden Reaktionspartnern zu versorgen.Am anderen Ende ist ein Auslaß für die Abgabe der verbrauchten Reaktionspartner vorgesehen. Das Reaktionsgefäß weist eine innere Oberfläche zur Ablagerung von Silicium auf, die sich im wesentlichen über die gesamte Länge des Reaktionsgefäßes erstreckt. Dieses letztere umfaßt ein nicht-siliciumhaltiges, kohlenstoffhaltiges, nicht verunreinigendes Material. Eine Heizvorrichtung umgibt das Reaktionsgefäß, um die Ablagerungsfläche auf eine Temperatur zu erhitzen, die ausreichend ist, polykristallines Silicium hoher Reinheit aus den Reaktionspartnern auf der Oberfläche zu bilden. Vorzugsweise besteht die Ablagerungsoberfläche aus einer Graphitauskleidung, die das Innere des Reaktionsgefäßes auskleidet. Weiterhin ist vorzugsweise das Reaktionsgefäß aus einer Kohlenstoffröhre gebildet.In summary, the device according to the present invention for the production of polycrystalline High purity silicon in a long tubular shape Reaction vessel, which has a feed for reactants at one end, around the inside of the reaction vessel with a gaseous stream of silicon-containing reactants. At the other end is an outlet for the delivery of the consumed reactants is provided. The reaction vessel has an inner surface for the deposition of silicon, which extends essentially over the extends the entire length of the reaction vessel. This latter includes a non-silicon containing, carbonaceous, non-contaminating material. A heater surrounds the reaction vessel around the deposition surface to a temperature sufficient to select high purity polycrystalline silicon to form the reactants on the surface. Preferably the deposit surface consists of a graphite lining, lining the inside of the reaction vessel. The reaction vessel is also preferred formed from a carbon tube.

Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, daß man zunächst das Innere des Gefäßes mit einer Graphitauskleidung auskleidet, das Innere mit einem inerten Gas spültThe inventive method consists in that one first the inside of the vessel is lined with a graphite lining, the inside is flushed with an inert gas

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und dann die Ablagerungsoberfläche auf eine Temperatur erhitzt, die zur Ablagerung von Siliciumdioxid ausreichend ist. Man führt dann eine Siliciumdioxid-bildende Zubereitung in das Gefäß unter Bildung einer Siliciumdioxidschicht an der Ablagerungsoberfläche ein. Die Oberfläche erhitzt man dann auf eine höhere Temperatur, die zur Bildung von Silicium ausreichend ist und man führt dann Silieium-bildende Reaktionspartner unter Bildung einer Schicht von polykristallinem Silicium hoher Reinheit über der Siliciumdioxidschicht ein. Danach kühlt man die Ablagerungsoberfläche, entfernt die Auskleidung und erhält das polykristalline Silicium durch Abbrennen der Auskleidung in Luft. Das Silicium wird dann vorzugsweise zum Entfernen des SiIiciumdioxids geätzt, gespült und getrocknet und als Klumpen zur weiteren Halbleiterverarbeitung, zum Beispiel durch das Ozochralski-Ziehen, verpackt.and then heated the deposit surface to a temperature which is sufficient for the deposition of silicon dioxide. A silica-forming preparation is then carried out into the vessel to form a silicon dioxide layer on the deposit surface. The surface heats up one then increases to a higher temperature which is sufficient for the formation of silicon and one then leads silicon-forming Reactants to form a layer of high purity polycrystalline silicon over the silicon dioxide layer a. The surface of the deposit is then cooled, the lining is removed and the polycrystalline is obtained Silicon by burning the liner off in air. The silicon is then preferably used to remove the silicon dioxide etched, rinsed and dried and as lumps for further semiconductor processing, for example through the Ozochralski pulling, packaged.

Weitere Gegenstände und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden folgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert, worinOther objects and embodiments of the present Invention are explained below with reference to the drawings, in which

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Systems nach der vorliegenden Erfindung ist und die neue Vorrichtung im Seitenschnitt erläutert, wobei diese teilweise aufgeschnitten ist, um die Innenstruktur der Vorrichtung zu zeigen,Figure 1 is a schematic representation of a system according to the present invention and the novel apparatus explained in side section, which is partially cut open to the internal structure of the device demonstrate,

Figur 2 einen Querschnitt erßLang der Linie 2—2 von Figur 1 zeigt,Figure 2 is a cross section taken along line 2-2 of Figure 1 shows

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Figur 3 eine Röhre, die das Reaktionsgefäß der Vorrichtung bildet, in isometrischer Ansicht zeigt und eine Auskleidung der Röhre erläutert undFigure 3 shows a tube containing the reaction vessel of the device forms, shows in isometric view and explains a lining of the tube and

Figur 4 in Diagrammform die Stufen des Verfahrens der Erfindung erläutert.Figure 4 shows in diagrammatic form the stages of the method of the invention explained.

Unter Bezugnahme auf Figur 1, die das verwendete System erläutert, ist die neue Vorrichtung allgemein mit der Bezugszahl 11 bezeichnet. Die bisherigen Vorrichtungen, in denen die Herstellung von polykristallinem Silicium durchgeführt wird, werden häufig als "Dekomposer" (Abbau- oder Spaltvorrichtungen) bezeichnet, obgleich dies, technisch genau genommen eine falsche Bezeichnung ist, da das polykristalline Silicium typischerweise eher durch die Wasserst off reduktion von Silicium-enthaltenden Verbindungen als durch thermisches Zersetzen gebildet wird. Insoweit als die Bezeichnung "Dekomposer" bei dem Fachmann als Gattungsbezeichnung gilt, kann sie ebenso für die Vorrichtung 11 angewendet werden.Referring to Figure 1 which illustrates the system used explained, the new device is generally designated by the reference number 11. The previous devices in which the production of polycrystalline silicon is carried out, are often called "decomposer" (degradation or Fission devices), although technically speaking this is a misnomer, since the polycrystalline Silicon typically occurs through the hydrogen reduction of silicon-containing compounds rather than is formed by thermal decomposition. To the extent that the term “decomposer” is a generic term for the person skilled in the art, it can also be used for the device 11 be applied.

Unter weiterer Bezugnahme auf die Figuren 2 und 3 umfaßt der Dekomposer 1 ein langes röhrenförmiges Gefäß, das allgemein mit 13 bezeichnet wird, und das durch eine Kohlenstoff hülse oder Röhre 15 gebildet wird, die am unteren Ende durch eine ebene horizontale Bodenplatte 17 abgeschlossen ist, die als Grundplatte für den gesamten Dekomposer dient. Die Röhre 15, die als Zelle bezeichnet werden kann,With further reference to Figures 2 and 3, the decomposer 1 comprises a long tubular vessel, generally is denoted by 13, and which is formed by a carbon sleeve or tube 15, which is at the bottom End is completed by a flat horizontal base plate 17, which serves as a base plate for the entire decomposer serves. The tube 15, which can be called a cell,

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ist am oberen Ende durch eine geeignete kreisrunde Metallplatte 19 geschlossen, die in der Mitte eine Ablaßleitung 21 aufweist, die mit einem Ablaßsystem für verbrauchte Reaktionspartner verbunden ist. Bei 23 ist eine Beschikkungsdüse zur Zuführung der Reaktionspartner zu dem Inneren des Gefäßes 13 gezeigt. Die Düse 23 bildet den Einlaß zur Zuführung eines gasförmigen Stroms von Silicium-enthaltenden Reaktionspartnern zum Inneren des Gefäßes 13· Die verbrauchten Reaktionspartner werden durch den Auslaß durch die Leitung 21 abgeführt.is closed at the top by a suitable circular metal plate 19, which is a drain line in the middle 21, which is connected to a drain system for spent reactants. At 23 is a feed nozzle for supplying the reactants to the interior of the vessel 13. The nozzle 23 forms the inlet for supplying a gaseous stream of silicon-containing Reactants to the interior of the vessel 13 · The consumed reactants are discharged through the outlet discharged through line 21.

Nach der Erfindung ist die Röhre 15 mit Graphit, vorzugsweise in Form einer Graphitfolie (mit der Graphitoberfläche zu der Innenseite des Gefäßes 13) ausgekleidet, wobei diese von der Union Garbide Corp. unter dem Warenzeichen "Grafoil" auf den Markt gebracht wird. Eine solche Auskleidung ist mit 25 bezeichnet und reicht über die gesamte Länge der iCohlenstoffhülse 15. Eine geeignete Möglichkeit zur Auskleidung der Hülse 15 mit der Auskleidung 25 besteht darin, die Auskleidung auf einer geeigneten starren Form (Patrone) dadurch zu bilden, daß man eine Lage der Graphitfolie um die Patrone bildet. Die Auskleidung kann dann von der Patrone abgezogen und in die Hülse 15 eingeschoben werden. Eine oder zwei Ränder der Auskleidung können leicht über die Endkante der Hülse 15 hinausragen, wenn die Auskleidung eingebracht ist und danach um die Kante, wie aus 27 in Figur 3 zu ersehen, gebogen wird.According to the invention, the tube 15 is made with graphite, preferably lined in the form of a graphite foil (with the graphite surface facing the inside of the vessel 13), wherein this from Union Garbide Corp. is marketed under the trademark "Grafoil". Such a lining is denoted by 25 and extends over the entire length of the carbon sleeve 15. A suitable possibility for lining the sleeve 15 with the lining 25 in forming the liner on a suitable rigid mold (cartridge) by making a sheet of the Graphite foil forms around the cartridge. The liner can then be peeled off the cartridge and pushed into the sleeve 15 will. One or two edges of the liner may protrude slightly beyond the end edge of the sleeve 15, when the liner is in place and then bent around the edge, as can be seen from 27 in FIG.

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Die Auskleidung 25 enthält eine kohlenstoflfaaltige siliciumfreie, nicht verunreinigende Innenoberfläche für das Gefäß 13, auf der sich das polykristalline Silicium bildet. Auch die Kohlenstoffhülse 15 selbst ist ihrer Beschaffenheit nach kohlenstoffhaltig, siliciumfrei, nicht verunreinigend. Es könnte also auch die Innenoberfläche der Hülse 15 zur unmittelbaren Ablagerung von Silicium verwendet werden, jedoch ist es klar, daß das vorliegende Verfahren wesentlich vereinfacht wird und wirtschaftlicher ist, wenn man die Auskleidung 25 verwendet.The liner 25 contains a carbonaceous silicon-free, non-contaminating inner surface for the vessel 13 on which the polycrystalline silicon forms. The nature of the carbon sleeve 15 itself is also carbon-containing, silicon-free, and non-contaminating. The inner surface of the sleeve 15 could therefore also be used for the direct deposition of silicon but it is clear that the present process is much simplified and more economical, when the liner 25 is used.

Die Kohlen-Widerstand-Heizvorrichtung 27, die um die Hülse 15 angebracht ist, hat eine zylindrische Form, die mit Einschnitten versehen ist, wie dies bei 28 gezeigt ist. Die Heizvorrichtung 27 hat daher die Formgebung eines "Stabgitters". Eine Heizvorrichtung dieser Bauart ist in der US-Patentschrift 3 359 077 beschrieben. Es können aber auch Heizvorrichtungen, die anders gebaut sind, verwendet werden. Die Heizvorrichtung 27 ist mit einer Wechselstromleitung geringer Spannung über die isolierten Elektroden 29 und 31 verbunden, die sich durch die Grundplatte 17 erstrecken. Der Wechselstrom wird über die Leitungen 33 won einem Transformator 35 zugeführt. Die Primär-Transformator Wicklung ist mit einer handelsüblichen Stromquelle, zum Beispiel einem 440 Volt Wechselstrom, durch ein geeignetes Meßgerät 47 zur Messung der der Heizvorrichtung zugeführten durchschnittlichen Leistung verbunden.The coal resistance heater 27 around the sleeve 15 has a cylindrical shape provided with notches as shown at 28. the Heating device 27 therefore has the shape of a "rod grid". A heater of this type is shown in U.S. Patent 3,359,077. However, heating devices that are constructed differently can also be used. The heater 27 is connected to a low voltage AC line across the insulated electrodes 29 and 31, which extend through the base plate 17. The alternating current is fed to a transformer 35 via the lines 33. The primary transformer Winding is with a commercially available power source, for example a 440 volt alternating current, through a suitable Meter 47 connected to measure the average power supplied to the heater.

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Konzentrisch um die Heizvorrichtung 27 ist ein zylindrischer Wärmeschild 39 aus Quarz angebracht, um die radial nach außen auftretenden Wärmeverluste zu verringern. Der Wärmeschild, die Heizvorrichtung 27 und das Gefäß 13 sind vollständig und hermetisch eingeschlossen und konzentrisch umgeben von einem langen, sie einschließenden Behälter 41 aus einer doppelwandigen Stahlkonstruktion, der sich vertikal von der Bodenplatte 17 aus erstreckt. Eine Kühlwasser-Zuführung 4-3 und ein Kühlwasser-Auslaß 45 dienen dazu, in dem Zwischenraum 47 zwischen den Doppelwandungen des eingeschlossenen Raums, d.h. der Hülle 41 zirkulieren zu lassen. Die Grundplatte 17 ist in ähnlicher Weise doppelwandig gebaut und hat ebenso eine Wasserzuführung 49 und einen Wasseraus3a3 51 für Kühl ζ wecke.Concentrically around the heating device 27, a cylindrical heat shield 39 made of quartz is attached to the radial to reduce external heat losses. The heat shield, heater 27 and vessel 13 are completely and hermetically enclosed and surrounded concentrically by a long container 41 enclosing them from a double-walled steel construction which extends vertically from the base plate 17. A cooling water supply 4-3 and a cooling water outlet 45 are used in the space 47 between the double walls of the enclosed Space, i.e. the shell 41 to circulate. The base plate 17 is double-walled in a similar manner built and also has a water supply 49 and a Wasseraus3a3 51 for cooling wakes.

Um die Hülse 15 in die Vorrichtung zum Betrieb einzubringen, trennt man die Hülle 41 von der Basisplatte 17 oder entsprechend einer Anordnung, die erfolgreich verwendet wurde, bringt man in der Basisplatte einen Mittelteil an, den man herausnehmen kann. Pur diesen Zweck ist ein hydraulischer Zylinder geeignet. Wenn der Mittelteil (nicht gezeigt) entfernt wird, kann man die Hülse 15 mit ihrer Auskleidung 25 in die öffnung, die im Bodenmittelteil vorgesehen ist, einbringen. Der Mittelteil wird dann durch hydraulische Zylinder gehoben, um die Hülse in ihre Stellung zu bringen. Ein geeigneter Druckverschluß, der um den Mittelteil angebracht ist, schließt hermetisch ab.To bring the sleeve 15 into the device for operation, separating the sheath 41 from the base plate 17 or according to an arrangement which has been used successfully a middle part that can be removed is attached to the base plate. A hydraulic cylinder is suitable for this purpose. If the middle part (not shown) is removed, you can the sleeve 15 with her Lining 25 in the opening provided in the bottom middle part is to bring in. The middle section is then lifted by hydraulic cylinders to put the sleeve in place bring to. A suitable pressure seal, which is attached around the central part, seals hermetically.

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Die vorliegende Erfindung wird vorzugsweise entsprechend den aufeinander folgenden Stufen von Figur 3 durchgeführt. Zuerst wird die Auskleidung 25 geformt entsprechend einer Form,wie vorausgehend beschrieben, und man führt dann die Auskleidung in die Hülse 13 ein. Die Hülse wird dann in den Dekomposer, wie oben erläutert, eingebracht. Die Vorrichtung wird dann auf Dichtheit geprüft und das Innere mit Argon gespült, wozu man ein Ventil 53 in der Silan- oder SiCl^-Beschickungsleitung öffnet, die ein Ventil 55 und einen Rota-Durchflußmesser 57 aufweist. Das Ventil 55 bleibt für diesen Zweck geschlossen. Zwei weitere Ventile 59 und 61, deren Zweck oben erläutert wurde, sind ebenso geschlossen. Die Argon-Fließgeschwindigkeit wird durch den Durchflußmesser 63 gemessen und mittels einem Ventil 65 gesteuert. Ein Ventil 67, das die Zuführung von Wasserstoff steuert, ist während der Argon-Spül- oder -Reinigungsstufe geschlossen.The present invention is preferably practiced according to the sequential steps of FIG. First, the liner 25 is molded according to a shape as previously described, and then the Lining into the sleeve 13. The sleeve is then inserted into the decomposer as explained above. The device is then checked for leaks and the interior is flushed with argon, including a valve 53 in the silane or SiCl ^ -Beschickungsleitung opens a valve 55 and has a Rota flow meter 57. The valve 55 remains closed for this purpose. Two other valves 59 and 61, the purpose of which has been explained above, are also closed. The argon flow rate is measured by the flow meter 63 and controlled by a valve 65. A valve 67 which controls the supply of hydrogen is during the argon purging or cleaning stage closed.

Es wird dann bevorzugt, eine Schicht von Siliciumdioxid auf der Oberfläche der Graphitfolienauskleidung 25 abzulagern. Während dieser Ablagerung und der späteren Ablagerung wird ein Reinigungsgemisch von Wasserstoff und Stickstoff in den ringförmigen Zwischenraum 68 zwischen der Heizvorrichtung 27 und der Innenwandung der Gefäßhülle 41 eingeführt. Die Fließgeschwindigkeit des Gas-Reinigungsgemische wird mittels einem Durchflußmesser 69 gemessen und mittels der Ventile 71 und 73 gesteuert. Die Heizvor-It is then preferred to deposit a layer of silicon dioxide on the surface of the graphite foil liner 25. During this deposition and subsequent deposition, a cleaning mixture of hydrogen and nitrogen is created into the annular space 68 between the heating device 27 and the inner wall of the vessel shell 41 introduced. The flow rate of the gas-cleaning mixture is measured by means of a flow meter 69 and controlled by means of the valves 71 and 73. The heating

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richtung 27 bringt das Heizgefäß 13 auf eine Temperatur, die zur Bildung von Siliciumdioxid ausreicht, vorzugsweise von etwa 700 bis 800°C. Das Siliciumdioxid wird dadurch gebildet, daß man Argon über das Ventil 65 in einen Behälter 75 von flüssigem Tetraäthylsilikat einperlt, wodurch man einen Tetraäthylsilikatdampf bildet, den man durch das Ventil 59 und über die Düse 23 in das Innere des Gefäßes 13 leitet. Die organischen Teile dieser Verbindung unterliegen der Pyrrolyse unter Bildung einer Siliciumdioxidschicht auf der Ablagerungsoberfläche der Auskleidung 25, deren Stärke vorzugsweise wenige/um beträgt.direction 27 brings the heating vessel 13 to a temperature sufficient to form silica, preferably from about 700 to 800 ° C. The silica is thereby formed by bubbling argon through the valve 65 into a container 75 of liquid tetraethylsilicate, whereby a tetraethylsilicate vapor is formed, which is passed through the valve 59 and through the nozzle 23 into the interior of the Vessel 13 conducts. The organic parts of this compound undergo pyrrolysis to form a silicon dioxide layer on the deposition surface of the liner 25, the thickness of which is preferably a few µm.

Die Wärmezuführung wird dann weiter zu dem Wärmegefäß 13 auf eine Temperatur erhöht, die ausreichend zur Bildung von Silicium ist, vorzugsweise auf eine Temperatur von etwa 1100 bis 12OO°C. Wasserstoff, gemischt mit einem oder mehreren Silanen, zum Beispiel Trichlorsilcn und Dichlorsilan, oder Siliciumtetrachlorid oder Gemischen von Silanen und Siliciumtetrachlorid führt man dann der Düse 23 unter Verwendung der Ventile 67, 55 und 53 zu, wobei die Geschwindigkeiten mit Hilfe der Durchflußmesser 57 und gesteuert werden. Beispielsweise kann ein 15:1 Molargemisch von Wasserstoff und Trichlorsilan verwendet werden. Unter diesen Bedingungen bildet sich allmählich auf der Auskleidung 25 eine Schicht von polykristallinem Silicium von extrem hoher Reinheit, wobei diese Ausreichend ist, um in die Einzelkristallform für elektronische Halbleitervor-The heat input is then further increased to the heating vessel 13 to a temperature sufficient for formation of silicon, preferably at a temperature of about 1100 to 1200 ° C. Hydrogen mixed with an or several silanes, for example trichlorosilane and dichlorosilane, or silicon tetrachloride or mixtures of silanes and silicon tetrachloride are then passed through the nozzle 23 using the valves 67, 55 and 53, the speeds using the flow meters 57 and being controlled. For example, a 15: 1 molar mixture of hydrogen and trichlorosilane can be used. Under these conditions, a layer of polycrystalline silicon gradually forms on the liner 25 of extremely high purity, which is sufficient to convert into the single crystal form for electronic semiconductor devices.

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richtungen umgewandelt zu werden.directions to be transformed.

Man läßt dann das System abkühlen. Wenn die Temperatur ausreichend gesenkt ist, um eine Handhabung zu ermöglichen, stellt man den bis dahin beibehaltenen Strom des Reinigungsgemische ab, öffnet die Einheit und entfernt die Hülse 15 aus dem Dekomposer.-The system is then allowed to cool. When the temperature is lowered enough to allow handling, if the flow of cleaning mixture that has been maintained until then is switched off, the unit is opened and the sleeve is removed 15 from the decomposer.

Die Graphitauskleidung 25 und das auf ihrer inneren Oberfläche gebildete polykristalline Silicium trennt man dann zum Beispiel durch Ausbürsten des Graphits mit einer Drahtbürste oder dadurch, daß man die Auskleidung mit dem darin befindlichen Silicium in einen elektrischen Ofen mit einer Luft- oder Sauerstoff-enthaltenden Atmosphäre bei einer Temperatur, zum Beispiel 9OO°C, gibt, die ausreichend ist, die Graphitfolie auszubrennen. Die Siliciumdioxidschicht erleichtert die Freigabe des Siliciums aus der Auskleidung 25 und dient weiterhin als Verunreinigungs-Diffusionssperre. The graphite liner 25 and that on its inner surface The polycrystalline silicon formed is then separated, for example, by brushing the graphite with a wire brush or by placing the liner with the silicon therein in an electric furnace with a Air or oxygen-containing atmosphere at a temperature, for example 900 ° C, which is sufficient for the Burn out graphite foil. The silicon dioxide layer facilitates the release of silicon from the liner 25 and also serves as a contamination diffusion barrier.

Das erhaltene polykristalline Silicium kann dann in Klumpen geeigneter Größe zerbrochen werden. Die Siliciumdioxidschicht wird dann durch Ätzen der Klumpen in wäßriger Fluorwasserstoffsäure oder einem Gemisch dieser Säure mit Salpetersäure entfernt. Danach werden die Klumpen gespült und getrocknet und in geeigneter Weise zur weiteren Verarbeitung verpackt, zum Beispiel zum Sczochralski-Ziehen von Einzelkristall-"boules".The polycrystalline silicon obtained can then be broken into lumps of suitable size. The silicon dioxide layer is then made by etching the lump in aqueous hydrofluoric acid or a mixture of this acid with Nitric acid removed. After that, the lumps are rinsed and dried and put in a suitable manner for further processing packed, for example for Sczochralski pulling of single crystal "boules".

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Es ist hier darauf hinzuweisen, daß die Hülse 13 in sich eine weitere Hülse oder Röhre aufweisen kann, um die wirksame Fläche zur Ablagerung von Silicium zu erhöhen, oder um den Durchfluß des SiIicium-enthaltenden Beaktionspartnergemischs nach der Ablagerungsoberfläche zu steuern. Es ist darauf hinzuweisen, daß die Hülse 13 mit einem leichten Unterschied der Innendurchmesser am einen und anderen Ende gebildet werden kann, um einen leichten Trichter zu bilden, der das Einbringen und Entfernen der Auskleidung 25 erleichtert. Es sind verschiedene Hülsenformgabungen und Querschnitte möglich.It should be noted here that the sleeve 13 in itself may have a further sleeve or tube to increase the effective area for the deposition of silicon, or the flow of the silicon-containing reaction partner mixture to control according to the deposit surface. It it should be noted that the sleeve 13 with a slight difference in the inner diameter at one and the other end may be formed to form a lightweight funnel that facilitates the insertion and removal of the liner 25. There are different sleeve shapes and Cross-sections possible.

Die nachfolgenden Beispiele erläutern die Erfindung.The following examples illustrate the invention.

example 1

In einer konisch ausgebildeten Kohlenstoffζeile mit einem durchschnittlichen Innendurchmesser von 15»88 cm und einer Gesamtlänge von 116,84 cm, die man so befestigt, daß 101,6 cm Länge von einer Heizvorrichtung umschlossen sind, bringt man eine "Steigleitung" mit einem Durchmesser von 7,62 cm und einer Länge von 91 »44- cm in einer solchen Weise an, daß 20$ des Beschickungsstroms in das Zentrum der Steigleitung und 80$ des Beschickungsstroms in den ringförmigen Zwischenraum zwischen der Steigleitung und der inneren Zellwandung eingeführt werden. Eine Beschichtung von Siliciumdioxid bringt nan auf der Ablagerungsoberfläche dadurch . an, daß man einen Strom von 35 SLPM Argon über eine Perl-In a conical carbon part with a average inner diameter of 15 »88 cm and one Total length of 116.84 cm, which is attached so that 101.6 cm in length is enclosed by a heating device one "riser" with a diameter of 7.62 cm and a length of 91 »44 cm in such a way, that $ 20 of the feed stream into the center of the riser and 80 $ of the feed stream into the annular space between the riser and the inner one Cell wall are introduced. A coating of silicon dioxide thereby brings nan on the deposition surface. suggests that a stream of 35 SLPM argon is passed through a pearl

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vorrichtung für Si(OC₂H₁-)^, den man bei 23,3 bis 23,9⁰C hält, und dann in die Zelle leitet, die man 1,5 Stunden auf 700 bis 800⁰C erhitzt. Die Zelle erhitzt man dann auf eine Temperatur, die man mit einem optischen Pyrometer (ungeeicht) beim Bodenteil der Zelle mit IO5O bis 1100°C mißt, wobei jedoch angenommen wird, daß die Temperatur in dem heißeren Mittelteil etwa 1200⁰C beträgt. Ein Beschikkungsstrom aus 17 SLPM Trichlorsilan und 276 SLPM Wasserstoff leitet man 38 Stunden durch die Zelle. Danach hat die Zelle ein Gesamtgewicht von 13»^ kg, wobei 8,0 kg an den Zellwandungen und 5 »4 kg an den beiden Oberflächen der Steigleitung abgelagert sind. Es entspricht dies einer AbIagerungsgeschwindigkeit von 350 g/Std. und einer SiIiciumausbeute von 27#. Man entfernt die "Grafoil"-Graphitfolienaüskleidung aus der Hülse mittels Bürsten mit einer Drahtbürste. Da sich Silicium sowohl an den inneren als auch äußeren Oberflächen der Steigleitung befindet, war es notwendig, die Leitung in relativ kurze Stücke abzubrechen, um davon die "Grafoil" (Graphitfolie) zu entfernen. Nachdem man das gesamte Silicium von der Folie abgebürstet hat, entfernt man die Oxidbeschichtung durch Ätzen mit HF. Nach nachfolgendem Spülen mit entionisiertem Wasser und Isopropylalkohol trocknet man die Siliciumbrocken unter Infrarotlampen und verpackt sie in Polyäthylen. Es wurden fünf Bewertungen der Czochralski-Kristalle vorgenommen, die aus Beschickungen, die dieses Material enthielten, gezogen wurden und es wurde ihr Widerstand gemessen. Jedes der-device for Si (OC ₂ H ₁ -) ^, the is maintained at 23.3 to 23.9 C ^0, and then passes into the cell, heated to the 1.5 hours to 700 to 800 ⁰ C. The cell is then heated to a temperature that can (uncalibrated) is measured with an optical pyrometer at the bottom part of the cell with IO5O to 1100 ° C, but it is assumed that the temperature in the hotter central part is about 1200 ⁰ C. A feed stream of 17 SLPM trichlorosilane and 276 SLPM hydrogen is passed through the cell for 38 hours. The cell then has a total weight of 13 »^ kg, 8.0 kg being deposited on the cell walls and 5» 4 kg on the two surfaces of the riser. This corresponds to a deposition rate of 350 g / hour. and a silicon yield of 27 #. The "Grafoil" graphite foil covering is removed from the sleeve by brushing with a wire brush. Since silicon is on both the inner and outer surfaces of the riser, it was necessary to break the line into relatively short pieces in order to remove the "grafoil" (graphite foil) therefrom. After all of the silicon has been brushed off the foil, the oxide coating is removed by etching with HF. After subsequent rinsing with deionized water and isopropyl alcohol, the silicon lumps are dried under infrared lamps and packed in polyethylene. Five ratings were made of the Czochralski crystals drawn from batches containing this material and their resistance measured. Each of the-

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artige Kristall wurde dann mittels einmaligem oder dreimaligem Durchlauf in der Vakuumzonenraffiniervorrichtung bewertet und die nachfolgenden Widerstandsmessungen zeigten, daß das Material 1 ppB Phosphor und 10 ppB Bor enthielt. Die bei 5 Czochralski-Kristallen. gemessenen Widerstände ergaben "Netto"~Verunreinigungshöhen von 0,6 ppB Phosphor und 8 ppB Bor. Das wesentliche Fehlen anderer Verunreinigungen in dem Silicium-Ansatzmaterial ergibt sich aus der Tatsache, daß zwei der fünf Kristalle eine vollkommene Kristallstruktur bei dem ersten Versuch lieferten. The like crystal was then passed through the vacuum zone refiner by one or three passes evaluated and the subsequent resistance measurements showed that the material contained 1 ppB phosphorus and 10 ppB boron. The one at 5 Czochralski crystals. measured resistances gave "net" contamination levels of 0.6 ppB Phosphorus and 8 ppB boron. The substantial absence of other impurities in the silicon batch material results from the fact that two of the five crystals gave a perfect crystal structure on the first try.

Example 2

In weiteren ähnlichen Versuchen wurde die Graphitfolie von dem Silicium durch Erhitzen auf 800 bis 900°C in Luft während mehrerer Stunden entfernt. Der Oxidfilm wurde dann nach dem im Beispiel 1 beschriebenen Verfahren entfernt. Die Bewertung der Chargen, die aus dem Material gezogen wurden, lieferten "Netto"-Verunreinigungen in dem 1-3In other similar experiments, the graphite foil removed from the silicon by heating to 800 to 900 ° C in air for several hours. The oxide film then became removed according to the procedure described in Example 1. The evaluation of the batches drawn from the material provided "net" impurities in the 1-3

+
ppM-Bereich, typischerweise mit Phosphor als Hauptdopie-+
ppM range, typically with phosphorus as the main dopant

rungsmittel.funds.

Die V/irksamkeit, der Nutzwert und die Brauchbarkeit der Erfindung sind den vorausgehenden Beispielen zu entnehmen, sowie durch Vergleich der theoretisch möglichen Arbeitsbedingungen bei Verwendung der Erfindung im Vergleich zu dem Stand der 'IDechnik.
⁺ -Peile pro Milliarde -18-The effectiveness, the utility and the usefulness of the invention can be found in the preceding examples, as well as by comparing the theoretically possible working conditions when using the invention in comparison with the prior art.
⁺ -Earths per billion -18-

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Die Gleichgewicht sr eakt ion, die dem Zerfall von Trichlorsilan (TCS) zu Silicium zugrunde liegt, wird durch die Gleichung aufgezeigt:The equilibrium reaction leading to the breakdown of trichlorosilane (TCS) for silicon is shown by the equation:

SiHCL₅ + H₂ <z > Si + 3 HCl (1),SiHCL ₅ + H ₂ <z > Si + 3 HCl (1),

wobei die Gleichgewichtskonstante durch die nachfolgende Gleichung gegeben ist:where the equilibrium constant is given by the following Equation is given:

/HC173/ HC173

Käq.Käq.

Eine bedeutende, den Zerfall begleitende Nebenreaktion ist die Reaktion von HCl, die in der Gleichung (1) mit nicht umgesetztem TCS unter Bildung von Siliciumtetrachlorid erfolgt, d.h. nach der GleichungAn important side reaction accompanying the disintegration is the reaction of HCl, which in equation (1) with is not converted TCS takes place with the formation of silicon tetrachloride, i.e. according to the equation

HCl + SiHCl₅ < -» SiCl^ + H₂ (2)HCl + SiHCl ₅ < - »SiCl ^ + H ₂ (2)

Unter den in den bisherigen Dekomposern verwendeten Bedingungen werden etwa 20# des TCS nach der Gleichung (1) und etwa 4-0$ zu SiCl^ nach der Gleichung (2) abgebaut. Es kann nunmehr Siliciumtetrachlorid ebenso zu Silicium in Gegenwart von Wasserstoff nach der folgenden GleichungUnder the conditions used in the previous decomposers About 20 # of the TCS are degraded according to equation (1) and about 4-0 $ to SiCl ^ according to equation (2). It can now silicon tetrachloride also to silicon in the presence of hydrogen according to the following equation

₄ + 2H₂ < > Si + 4HCl (3) ₄ + 2H ₂ <> Si + 4HCl (3)

und der Gleichgewichtskonstantenand the equilibrium constant

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abgebaut werden,wobei aber bei einer gegebenen Temperatur Keq. für (5) viel geringer ist als Keq. für (1) und eine höhere Temperatur oder ein höheres Hp/Si-Molverhältnis erforderlich ist, um vernünftige Ausbeuten an Silicium aus SiCl. zu erzielen.be degraded, but at a given temperature Keq. for (5) is much less than Keq. for (1) and a higher temperature or a higher Hp / Si molar ratio is required to get reasonable yields of silicon from SiCl. to achieve.

Die Dekomposer nach dem Stand der Technik arbeiten weit unter dem Gleichgewicht aus zwei Gründen: (1) Es kann eine höhere Geschwindigkeit erreicht werden, wenn man schneller zuführt als die Verweilzeit zum Erreichen eines Gleichgewichts Zeit benötigt und (£) die Ablagerung wird zunehmend gröber in dem Maße wie die Ausbeute dem Gleichgewichtspunkt zu erhöht wird. In der Praxis werden die Siliciumstäbe, andenen die Ablagerung durchgeführt wird, so rauh, daß sie an einigen Punkten durchschmelzen, wenn der Strom erhöht wird, um die gleiche Nominaltemperatur beizubehalten. Andererseits ist die Ablagerungsgeschwindigkeit in einem Gefäß gegebener Größe ultimativ durch die Neigung zur Ablagerung an der Quarzglocke, die die Stäbe umgibt, begrenzt. Es kann nur eine minimale Ablagerungsmenge an der Glocke toleriert werden. Daraus ergeben sich klar die Vorteile der Erfindung, die sich aus der Ablagerung auf einer kieselsäurefreien Oberfläche gegenüber den dünnen Silieiumstäben ergeben, nämlich (1) Es steht eine maximale Ober^The prior art decomposers operate well below equilibrium for two reasons: (1) There may be a higher speed can be achieved by feeding faster than the residence time to reach equilibrium Time is needed and (£) the deposit is increasing coarser as the yield is increased towards the equilibrium point. In practice, the silicon rods are used the deposition is carried out so rough that they melt through at some points when the current increases to maintain the same nominal temperature. On the other hand, the rate of deposition is in a vessel of a given size is ultimately limited by the tendency to deposit on the quartz bell that surrounds the rods. Only a minimal amount of deposit can be tolerated on the bell. This clearly shows the advantages of the invention, resulting from the deposition on a silica-free Surface compared to the thin silicon rods, namely (1) There is a maximum upper ^

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fläche von Beginn des Ablaufs an zur Verfugung, während die Oberfläche bei Beginn mit dünnen Stäben begrenzt istj (2) Weil ein Durchschmelzen nicht auftritt, ist eine höhere Arbeitstemperatur möglich, wodurch die Ausbeute aus der Reaktion, sowie die Geschwindigkeit erhöht wird und (3) die höhere Arbeitstemperatur ermöglicht eine bessere Ausnutzung von SiCl^,. Unter bestimmten Bedingungen ist nicht nur eine wesentliche Siliciummenge aus SiGl₂^ erhältlich, sondern es wird auch TGS durch Umkehrung der Gleichung (2) gebildet. Diese kombinierten Faktoren ermöglichen eine Verringerung der Kosten, da höhere Geschwindigkeiten bei einem gegebenen System und eine bessere Ausnützung der Rohmaterialien gegeben sind.area available from the beginning of the process, while the surface is limited at the beginning with thin rods j (2) Because melting does not occur, a higher working temperature is possible, which increases the yield from the reaction and the speed and (3) the higher working temperature enables better utilization of SiCl ^ ,. Under certain conditions, not only is a substantial amount of silicon obtainable from SiGl ₂ ^, but TGS is also formed by reversing equation (2). These combined factors enable a reduction in costs because of the higher speeds in a given system and better utilization of raw materials.

Aus diesen Darstellungen ist zu ersehen, daß die verschiedenen Gegenstände der Erfindung erreicht und weitere Vorteile erzielt werden.From these illustrations it can be seen that the various objects of the invention are achieved and other advantages be achieved.

Da verschiedene Änderungen gegenüber den oben angegebenen Konstruktionen und Verfahren vorgenommen werden können, ohne von dem Erfindungsgedanken abzuweichen, ist darauf hinzuweisen, daß alle in der vorausgehenden Beschreibung beschriebenen oder in den begleitenden Zeichnungen aufgezeichneten Gegenstände der Erfindung ausschließlich der Erläuterung dienen, ohne den Erfindungsbereich einzuschränken. As various changes from the above Designs and procedures can be made without departing from the spirit of the invention indicate that all are described in the foregoing description or recorded in the accompanying drawings Subjects of the invention serve exclusively for explanation, without restricting the scope of the invention.

Zusammenfassend umfaßt die vorliegende Erfindung eine Vor-In summary, the present invention comprises a pre

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richtung zur Herstellung von polykristallinen! Silicium
hoher Heinheit mit Halbleiterqualität, wozu man ein Gefäß mit einer nicht-siliciumhaltigen, nicht verunreinigenden Innenfläche verwendet. Dieses Gefäß beinhaltet einen Einlaß zur Zuführung eines Gasstroms für Silicium-bildende Reaktionspartner zu dem Inneren des Gefäßes, sowie einen Ablaß. Es sind Vorrichtungen vorgesehen, um die Oberfläche auf Reaktionstemperatur zu erhitzen, um die Bildung von Silicium an der Oberfläche zu ermöglichen. Das Gefäß ist vorzugsweise röhrenförmig und lang und kann aus Kohlenstoff sein. Nach einer Ausführungsform ist das Innere des Gefäßes mit einer nicht-siliciumhaltigen, kohlenstoffhaltigen, nicht verunreinigenden Innenauskleidung versehen, die eine Ablagerungsoberfläche bildet, wonach man auf eine Temperatur erhitzt, die zur Bildung von Silicium ausreichend ist, und einen Strom von Silicium-bildenden Reaktionspartnern einführt, wodurch sich polykristallines Silicium hoher Reinheit auf der Ablagerungsoberfläche bildet. Man kühlt dann die Oberfläche und entfernt die Schicht aus polykristallinem Silicium zur weiteren Verarbeitung.direction for the production of polycrystalline! Silicon
Semiconductor quality high unity using a vessel with a non-silicon, non-contaminating inner surface. This vessel includes an inlet for supplying a gas stream for silicon-forming reactants to the interior of the vessel, as well as an outlet. Devices are provided to heat the surface to reaction temperature to allow the formation of silicon on the surface. The vessel is preferably tubular and long and can be made of carbon. In one embodiment, the interior of the vessel is provided with a non-silicon-containing, carbon-containing, non-contaminating inner lining which forms a deposit surface, after which it is heated to a temperature sufficient to form silicon and a stream of silicon-forming reactants is introduced whereby high purity polycrystalline silicon is formed on the deposition surface. The surface is then cooled and the polycrystalline silicon layer is removed for further processing.

-Patentansprüche--Patent claims-

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Claims

Patent claims:

1. Device for the production of polycrystalline! Silicon high purity, characterized in that it comprises a vessel with a non-silicon-containing, non-contaminating inner surface, wherein the vessel has an inlet for the supply of a gas stream of SiIicium-containing Has reactants in the vessel and an effluent outlet and means for heating the surface to a reaction temperature which is sufficient to form polycrystalline silicon of high purity from the reactants on the surface.

2. Device according to claim 1, characterized in that g e that the inner surface is carbonaceous.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in g e that the inner surface is made of carbon or graphite.

4. Apparatus according to claim 1, characterized that it comprises an elongated tubular reaction vessel which at one end has a Inlet for supplying a gaseous stream of silicon-containing reactants to the interior of the vessel,

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and having an exhaust outlet at the other end, the vessel being a non-silicon containing, non-polluting one having carbonaceous surface liner, and means for heating the vessel and the liner a reaction temperature to polycrystalline silicon high purity from the gaseous reactant to form the lining.

5. Process for the production of polycrystalline silicon high purity, characterized that one has a vessel with a non-silicon containing, non-contaminating carbon-containing inner surface is used, this vessel and the inner surface are heated to a temperature sufficient for the formation of silicon and introduces a stream of silicon-forming reactants into the vessel to form polycrystalline High purity silicon from the reactants on the non-silicon inner surface.

6. The method according to claim 5? characterized, that you use an elongated vessel and that you put the reactants in the Introduces the vessel at one end and the exhaust gas components of the reactants at the other end of the vessel, while the formation of silicon takes place on the non-silicon-containing inner surface.

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7. The method according to claim 5, characterized in, that after heating the vessel and its interior, but before introducing the Silicon-forming reactant, a stream of silicon dioxide-forming Preparation introduces into the jar to first apply a layer of silicon dioxide on top of the non-silicon containing Form inside surface.

8. The method according to claim 7> characterized that one uses tetraethylsilicate in vapor form as a preparation which forms silicon dioxide.

9 · Method according to claim 5, characterized that one as silicon-forming reactants is a mixture of hydrogen and one or several compounds, namely silanes and / or silicon tetrachloride are used.

10. A process for the production of polycrystalline silicon of high purity for semiconductor use, characterized in that

- An elongated vessel used to introduce a reactant stream at one end and for discharge the consumed reactant at the other end is suitable,

- the inside of the vessel with a non-silicon containing, non-polluting carbon

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- eLj -

lining the inner lining with the formation of a deposit surface,

- rinsing the inside of the vessel with an inert gas,

- heating the deposit surface to a temperature suitable for the deposition of silicon dioxide,

introducing a stream of silica-forming preparation into the vessel to form a layer of silica to form on the deposit surface,

- the deposit surface is heated to a temperature which is sufficient for the formation of silicon,

- a stream of silicon-forming reactors in introduces the vessel to apply a layer of high purity polycrystalline silicon over the silicon dioxide layer form,

- the deposit surface cools and

the layer of polycrystalline silicon from the vessel removed for further processing.

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Le e rs έi te Read more