DE2316602B2

DE2316602B2 - Verfahren zum Herstellen polykristallinen Siliciums

Info

Publication number: DE2316602B2
Application number: DE2316602A
Authority: DE
Inventors: Norman Robert Vienna W.Va. Beriat (V.St.A.)
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1972-04-04
Filing date: 1973-04-03
Publication date: 1975-11-27
Also published as: US3809571A; DE2316602C3; BE797694A; DE2316602A1; JPS4915619A; FR2179047B1; FR2179047A1; IT981862B; CA986686A

Description

zuführt, worin A g/Std. HSiCl₃, G das Stabwachstum in g/Std. · cm² ist, das über 0,125, insbesondere zwischen 0,2 und 0,5 liegt, R die Abscheidungsfläche in Quadratzentimeter und C die prozentuale Umsetzung von HSiCl₃ zu Si bedeutet.

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Die Erfindung betrifft die Herstellung von polykristallinem Silicium durch thermische Reduktion von Trichlorsilan, insbesondere mit höherer Produktivität, wie sie bisher noch nicht als möglich erachtet wurde.

Polykristallines Silicium wird bisher durch thermische Zersetzung von Trichlorsilan, Siliciumtetrachlorid oder Silan erhalten. Praktisch das gesamte, großtechnisch erhaltene Siliciummetall wird durch thermische Zersetzung von Trichlorsilan in einem geschlossenen Reaktionsgefäß erhalten, in den ohne Berührung mit der Reaktorwand ein Stab hineinhängt (die Form des eingehängten Gegenstandes ist von untergeordneter Bedeutung, es kann sich um Stäbe, Drähte, Fäden od. dgl. handeln; im folgenden wird immer nur von »Stab« gesprochen). Der Stab wird üblicherweise durch Stromdurchgang elektrisch beheizt. Der am häufigsten angewandte Reaktor hat glockenförmiges Aussehen und enthält eine Metallgrundplatte, von der sich nach oben der Stab erhebt. Des weiteren sind Zu- und Ableitungen für die Gase und eine Quarzglasglocke über der Platte vorgesehen. Schließlich weist der Stab Stromzuführungen zur Beheizung auf.

Der Stab wird auf Reaktionstemperatur gebracht, üblicherweise etwa 1000 bis 1200° C, und dann ein Gasgemisch von Wasserstoff und HSiCl₃ eingeführt. Die Staboberfläche befindet sich auf der höchsten Temperatur, so daß die Siliciumabscheidung dort stattfindet. Es ist wesentlich, wie bei den meisten chemischen Reaktionen, Reaktionen mit den Reaktorwänden zu vermeiden. Aus diesem Grunde werden die Reaktorwände auch bei einer Temperatur tief genug zur Verhinderung derartiger Reaktionen gehalten, und zwar müssen Reaktionen, die zu einer Abscheidung des Siliciums an den Wänden führen, vermieden werden. &°

Das Reaktionsgasgemisch wird im allgemeinen wie üblich erhalten, nämlich indem Wasserstoff durch HSiCl₃ durchgeleitet oder über dieser Flüssigkeit oder durch ihren Dampfraum geführt wird. Die Temperatur von HSiCl₃ und des Reaklionsgasgemisches bestimmt den Partialdruck von HSiCl₃ und demzufolge dessen molaren Anteil im Reaktionsgemisch. Üblicherweise liegen nicht mehr als 5 Mol

prozent HSiCl₃ im Reaktionsgas neben Wasser-

^StODie^VOStrömungsgeschwindigkeiten Molverhältnisse und Reaktionsbedingungen sind bei Beginn der Umsetzung einzustellen. Die Produkten lauft dann ,m wesentlichen ohne nennenswerte Änderung ab.

Der Reduktionsmechanismus von HS₁Cl₃ wurde chemisch bestimmt. Einige Faktoren aus diesen Untersuchungen führten zu der Entdeckung, daß die SiIidumproduktion hinsichtlich der Leistungsiahigkeu wesentlich verbessert werden kann, namheh zumindest verdoppelt und auch noch darüber ja sogar bis auf die fünffache Menge. Wesentliche Faktoren fur die Siliciumabscheidung sind offensichtlich folgende:

a) Die Abscheidung des Siliciums aus Trichlorsilan erfolete bei 1000⁰C innerhalb von 0,3, möglicherweise 0,1 Sekunden. Dies bedeutet, daß die Zersetzung von HSiCl, schneller erfolgt. . .

w Es konnte festgestellt werden, daß sich im Raum HSiCK bei derartigen Abscheidungstemperaturen disproportioniert zu HCl und SiCl₄. Man erhält au diese Weise ein Gasgemisch mit weniger Wasserstoff je Siliciumatom als es HSiCl₃ entspricht. Die Art der Disproportionierungsprodukte ist damit abhangig vom Verhältnis HCl zu SiCl₄ zu HSiCl₃.

c) Es ist bekannt, daß reduzierte Silane sich schneller zu Silicium zersetzen, als vollständig oxidierte Silane wie SiCl₄, zum Vergleich SiH₄ gegen S₁ClH₃, S.CKH, SiCKH und SiCl₄. Man kann also annehmen, daß im Reaktionsgefäß die Konzentration an SiCl₄ um die Staboberfläche größer ist, wo es gebildet wird und daher das Verhältnis H zu Si in unmittelbarer Nahe der Stabfiäche geringer ist, als an anderen Stellen des Reaktors.

d) Es wurde auch festgestellt, daß der Temperaturgradient von dem heißen Stab bis zu dem sehr viel kühleren Reaktionsgefäß merklich abfällt in einem Abstand von wenigen Zentimetern von dem Stab auf eine Temperatur unterhalb einer wirksamen Zersetzung von HSiCl₃.

Daraus ergibt sich folgendes:

1 Die meisten, wenn nicht überhaupt im wesentliehen alle, Reaktionen im Raum und oder an der Fläche finden in unmittelbarer Nähe der Stabfläche statt.

-> Die Konzentration von HSiCl₃ in unmittelbarer *" Nähe der Stabfläche für ein hohes Verhältnis Wasserstoff zu Silicium ist für die Wirksamkeit des Verfahrens von höchster Bedeutung.

Es ergab sich, daß die Geschwindigkeit des Siliciumwachstums (Abscheidungsge&chwindigkcil) bei einem bekannten Verfahren zur thermischen Zersetzung von HSiCl₃ zu Silicium zumindesi: verdoppelt, in manchen Fällen sogar um 500% und darüber gesteigert werden kann durch die einfache Maßnahme zu gewährleisten, daß im Reaktor ausreichend HSiCl₃ vorhanden ist, um eine solche Abscheidungsgeschwindigkcit zu erreichen und aufrechtzuerhalten. Die Anwendung derartig croßer Mengen an Trichlorsilan im Reaktor in Verbindung mit konsequent steigender Geschwindigkeit in der Zunahme der Staboberflächc ist neu. Es wird angenommen, daß die erhöhte Menge an HSiCl₃ im Reaktor zu günstigeren Si zu H-Verhältnissen in unmittelbarer Nähe der Stabfläche im Hinblick auf die Siliciumabscheidung führt.

Die bekannten und großtechnisch angewandten Verfahren zur Herstellung von Silicium aus Silicium-

chloroform laufen ab unter Mangel der einen Reaktionskomponente, d. h., es wird zu wenig HSiCl₃ angewandt.

Die Erfindung bringt nun ein Verfahren zur Abscheidung von polykristallinen! Silicium durch thermische Zersetzung von Trichlorsilan im Gemisch mit Wasserstoff und ist dadurch gekennzeichnet, daß man dem Reaktor Trichlorsilan in einer Menge entsprechend der Gleichung

A - i^⁷ ' ^G ' ^R

zuführt, worin A die Einspeisung von HSiCl₃ in g/Std. und G das Wachstum des Stabs durch Abscheidung von Silicium in g/Std. · cm² ist. Dieser Wert liegt über 0,125 g/Std. · cm², vorzugsweise zwischen 0,2 und 0,5 g/Std. · cm², insbesonders bis 0,4. R bedeutet die Abscheidungsfiäche in Quadratzentimeter und ist bei Anwendung von mehreren Stäben im Reaktor die Summe der Stabflächen. C ist die prozentuale Umsetzung von HSiCl₃ zu Si. Die Konstante 4,8237 ergibt sich aus dem Molekulargewicht für HSiCl₃ 135,5 dividiert durch das Atomgewicht von Silicium 28,09.

Die für den Reaktor wünschenswerte SiHCl₃-Menge ist nicht abhängig von irgendeinem Konzentrationsfaktor. Die Konzentration des dem Reaktor zugeführten Reaktionsgemisches an SiHCl₃ kann jedoch als Mittel für die gewünschte Menge im Reaktor herangezogen werden. Die zweite Möglichkeit zur Regelung des SiHCl₃-Gehalts im Reaktor ist die Vergrößerung oder Verringerung der Einspeisegeschwindigkeit des Gasgemisches. Als dritte Methode ist die Kombination dieser zwei Möglichkeiten vorgesehen.

Da nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die im Reaktor vorhandene Menge an SiHCl₃ größer ist, als man sie bisher als zweckmäßig erachtete, so gilt die Beschränkung der SiHCl₃-Konzentration im einzuspeisenden Gasgemisch von maximal etwa 5 Molprozent nicht mehr. Man kann also nach der Erfindung jetzt höhere Konzentrationen, nämlich bis hinauf zu etwa 25 Molprozent, im einzuspeisenden Reaktionsgemisch anwenden. Da jedoch eine hohe Konzentration kein kritischer Faktor zur Erreichung der erforderlichen Menge von SiHCl₃ im Reaktor ist, so kann man auch Konzentrationen von etwa 2 Molprozent oder darunter anwenden.

Nach einer bevorzugten Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im Reaktionsgasgemisch ein Anteil an SiHCl₃ von über 4 Molprozent, vorzugsweise über 5 Molprozent, aufrechterhalten. Da man auch Rücklaufgas anwenden kann, so können geringe Anteile an Nebenprodukten, die sich im Reaktor gebildet haben, voi liegen, wenn sie vorher nicht abgetrennt worden sind, wie Mono- oder Dichlorsilan oder Siliciumwasserstoff.

Bei der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird Trichlorsilan im Gemisch mit Wasserstoff so eingeführt, daß der Anteil an Trichlorsilan leicht geregelt werden kann. Die Reaktioinstemperatur entspricht obigen Angaben und ist im wesentlichen die gleiche wie bei den üblichen Verfahren.

Die Abscheidungsgeschwindigkeit an den Stäben während der Reaktion läßt sich leicht ermitteln, indem die Zunahme des Stabdurchmessers festgestellt wird. Da die Stablänge festliegt, ist die Zunahme des Durchmessers ein direktes Maß für die Ausbeute, also die Abscheidungsgeschwindigkeit in g/cm². Daraus ergibt sich auch die Möglichkeit der Beiechnung des Flächenwachstums zur Einhaltung obiger Gleichung.

Bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist auf das Wachstum von reduziertem Trichlorsilan, insbesondere der Siliciumabscheidung, an der Reaktionswand zu achten. Dieses Problem ist besonders wesentlich, wenn der Stab so weit wächst, daß die Wandtemperatur durch größere Nähe zu der Stabfläche ansteigt. Die Wandtemperatur kann herabgesetzt werden durch Steigerung der Gasströmungsgeschwindigkeit in den Reaktor. In diesem Fall ist dafür zu sorgen, daß die zugeführte Menge an Trichlorsilan nicht vergeudet wird durch Verringerung der Umsetzungsgeschwindigkeit C auf ein untragbares Ausmaß. In solchen Fällen sollte die Konzentration an Trichlorsilan im Reaktionsgasstrom herabgesetzt werden.

Bei den in den Tabellen zusammengefaßten Reaktionsbedingungen und Versuchsergebnissen wurde ein üblicher glockenartiger Reaktor für die Abscheidung von polykristallinen! Silicium angewandt.

Den Reaktionsraum begrenzte eine Quarzglasglocke, Innendurchmesser 431 cm, Wandstärke 19mm, Höhe bis zum Scheitel der Halbkugel 1,016 m. In der Glocke befand sich in der Nähe der offenen Seite ein rechteckiges Schauglas, 50 χ 305 mm. Die Glocke ruhte auf einer Grundplatte aus Kohlenstoffstahl mit einem überzug aus Nickel und Iridium. Sie war in üblicher Weise wassergekühlt, um ein Verwerfen zu verhindern. Sie wies auch zwei wassergekühlte Silberelektroden mit Stromanschluß auf, um dem in den Raum von der Mitte der Grundplatte reichenden Siliciumstab einen Strom hoher Spannung und geringer Stromstärke zuzuführen. Auch war im Zentrum der Grundplatte eine Einführung, Außendurchmesser 12,7 mm, Innendurchmesser 9,5 mm, vorgesehen, die um 76 mm über die Grundplatte in den Reaktionsraum vorstand. An einer Seite der Grundplatte befindet sich ein Gasabzug, lichte Weite 50 mm. Jeder Siliciumstab, der in den Reaktionsraum reicht, war gehalten von einer Fassung aus spektroskopisch reiner Kohle, direkt verbunden mit den Silberelektroden. Ein Kohlestab gleicher Qualität lag quer über die Enden von jeweils zwei Stäben angeordnet, um damit den Stromschluß sicherzustellen. Die Glocke saß in einer Dichtung um den Umfang der Grundplatte, um ein Entweichen des Gases zu verhindern. Als Abschirmung diente um den Reaktor ein Metallmantel.

Die Wasserstoffzufuhr wurde mit Hilfe eines Rotamcters geregelt. Das Trichlorsilan wurde verdampft aus einem mit einem Heizmantcl versehenen Gefäß, welches mit Heißwasser beheizt wurde. Auch die eingespeiste Trichlorsüanmenge wurde mit Hilfe eines Rotameters geregelt. Vor Eintritt in den Reaktor durch die Zuführung wurden die beiden Gase gemischt. Die in den Reaktor eintretenden und ihn verlassenden Gase wurden chromatographisch analysiert. Vor Einführung des Reaktionsgasgemisches wurde der Reaktor 15 Minuten mit Stickstoff ausgespült, um Sauerstoff zu verdrängen, anschließend wurden 15 Minuten mit Wasserstoff gespült und dann erst Trichlorsilan zugemischt. Durch entsprechende Stromzufuhr und Regelung zu den Stäben wurden die angestrebten Temperaturen aufrechterhalten.

Die Stabtemperatur wurde mit einem optischen Pyrometer während der ganzen Versuchszeit überwacht. Die Trichlorsilanmenge im Reaktor wurde erhöht mit zunehmender Stabfläche. Dadurch gewährleistet man maximale Abscheidung.

Tabelle I

Versuch	H,	HSiCl₃	HSiCl	N!ölver	Si	Stabdurch	Ausbeute	(g/Std.)	Müll. Abscheidung	0.224
Nr.				hältnis		messer		88	geschwindigkeit	0.242
	(l/Min.)	(kg/Std.)	(l/Min.)		Ig)	cm)	(%)	108	(μπι/Min.) (g/Std Cm²I	0,280
I	236	4,09	10,9	4,6	526	1,245	10,6	132	14,5	0,230
2	236	5.685	15,1	6,0	646	1,397	9,1	92	16,6	0,281
3	236	9,08	25,5	9,7	792	1,499	7,0	140	18,0	0,314
4	472	3,6	10/,	2,1	554	,270	11,8	166	14,8	0,320
5	472	9,08	25,7	5,2	842	,588	7,3	169	19,2	0,209
6	472	12,7	35,2	6,9	1000	,676	6,9	96	20,5	0,300
7	472	18,16	50,3	9,6	1020	,689	5,2	162	20,6	0,341
8	708	5,45	15,1	2,0	574	,422	8,25	195	16,9	0,381
9	708	11,35	30.2	4,0	970	,681	7,35	237	20,5	0,446
10	708	16,34	45.3	6,0	1120	.821	6,02	273	22,5
11	944	18,16	50,5	5,0	1368	,976	6,09	25,6
12	944	45,4	106,7	11,7	1366	,948	2,9	29,5

Wie erwartet, steigt die Abscheidungsgeschwindigkeit mit höherem Molverhältnis, und die Ausbeute sinkt mit steigendem Molverhältnis.

Die Oberflächenqualität steigt stark mit dem Molverhältnis. Bei 2 Molprozent ist die Siliciumoberfläche rauh und durchgehend klumpig. Mit steigendem Molverhältnis wird die kristalline Struktur gleichmäßiger und glatter. Bei den in der Tabelle 1 wiedergegebenen Versuchsbedingungen betrug die Versuchsdauer jeweils 6 Stunden, die Temperatur war 1150⁰C, und es befanden sich im Reaktor zwei aufwärts gerichtete Stäbe.

In Tabelle II sind die Verhältnisse zusammengefaßt bei konstanter Stabtemperatur von 1150⁰C und konstant 5 Molprozent Trichlorsilan im eingespeisten Reaktionsgasgemisch. Das Gewicht des Siliciums stieg von 526 auf 1368 g bei zunehmendem Stabdurchmesser von 1,245 und 1,976 cm bei einer Wasserstoffströmungsgeschwindigkeit von 236 bzw. 9441/Min. Die prozentuale Siliciumausbeute sank von 10,6 auf 6. Die Oberflächenqualität verschlechterte sich nur wenig bei zunehmender Wasserstoffströmung bei gleichem Molverhältnis und gleicher Stabtemperatur. Dies zeigt, daß der Anteil an Trichlorsilan in dem Dampfraum des Reaktors außerordentlich wichtig ist.

Tabelle Il

Versuch	H₂	HSiCl,	Mol	Slabtemp.	Si	Stabdurch-	Ausbeute	(μ/Std.)	Mittl. Abscheidung	.) (g/Std.
Nr.			prozent			messer			geschwindigkeit	cm²)
	(l/Min.)	(l/Min.)		CC)	(gl	cm)	(%)	88	(am/M in	0.224
								140		0.281
i	236	U,8	4,9	1150	526	,245	10,6	195	14,5	0,341
5	472	25,5	5,2	1150	842	,588	7,3	238	19,2	0,381
10	708	45,3	6,0	1150	1120	,821	6,0	92	22,5	0,230
11	944	50,0	5,0	1150	1368	,976	6,0	96	25,6	0,209
4	472	10,4	2,0	1150	554	,270	11,8	14,8
8	708	15,1	2,0	1150	574	.422	8.2	16,9

Es wäre zu erwarten, daß die höheren Gasströmungen die Verweilzeit zur Einschränkung der Reaktion ausreichend verringern wurden. Obwohl die Ausbeute absinkt um 2, so steigt um 4 die absolute, in den Reaktor eingerührte Siliciummenge: insgesamt also eine Zunahme der Abscheidungsgeschwindigkeil. Die hohen Gasgeschwindigkeiten vergrößern die Turbulenz und die Wärmeübertragung im System. Die Abgastemperaturen nach den Versuchen waren für 236 l/Min. 245 C bzw. für 644 l/Min. 35O°C.
Zum Vergleich mit den zwei Stäben wurden vier Stäbe im Sinne der Bedingungen nach Tabelle III gezüchtet. Wie erwartet, zeigte die doppelte Siliciumfliiche den erwarteten Effekt.

Tabelle III	H, (l/Min.)	HSiCl₁ (l/Min.)	Molprozent	Stubtemp. ( C)	Si (gl	Ausbeute	(g/Std.)	Slabdurch messer (cm)
Versuch Nr.	207 236	14,2 14.2	5,7 5.7	1100 1100	693 360	10,9 5,9	115 60	1,054 1.041
13) 14*)
*) 4 Stube. ··) 2 Stöbe.

Die erhaltene Siliciummenge war praktisch doppelt, weil die Stabgröße gleich war. Demzufolge war die Siliciumausbeute zweifach. Die Siliciumoberfläche der vier Stäbe zeigte anfänglich Unebenheiten am unteren Teil, jedoch war der Rest glatt. Die Oberfläche der beiden zusätzlichen Stäbe war vollständig glatt.

Es wurde ein 12-Stunden-Versuch durchgeführt, und zwar unter folgenden Bedingungen:

Wasserstoffstrom 708 l/Min.

Stabtemperatur 1150⁰C

HSiCl₃ 18,16 bis 22kg/Std.

In Tabelle IV sind die Bedingungen und Ergebnisse von fünf Versuchen über 12 Stunden zusammengestellt. Bei hoher Gasgeschwindigkeit und Stabtemperatur vibrierten die Siliciumstäbe. Drei Versuche wurden vorzeitig abgebrochen, wegen Bruch der Stäbe. Für zwei Stäbe galten folgende Arbeitsbedingungen :

Wasserstoffstrom 708 l/Min.

Stabtemperatur 1150° C

HSiCl₃ 18,1 bis 22.7 kg/Std.

bzw.

50 bis 62.6 l/Min. Molprozent 6,6 bis 8,1

Tabelle IV

Versuch Versuchs- Si
Nr. zeit

Stab- Ausbeute

durchmesser Mittlere Abschcidunes-
!!cschwindiukcil

	(Std.,	674	(cm)	(%l	(μ/Std.)	(um/Min.)	1 (g/Sid-	(el	623	(Std.)	(g/Std.)	(g/Sld
		1 300							710			cm²)
9	4	201C	1,427	4.0	168	25	0.374		2010
6	6.5	4 020	1,821	4.6	193	20,7	0.313	13 005	2.5	249	0.243
15	8,75	17 025	2,515	4,6	229	22	0.322	2.25	315	0.230
16	13	3,411	4,6	309	20.5	0.288	5,25	472	0.253
17	36	6,985	9,8	472	15,7	0.215	23	565	0.172

Der Stabdurchmesser nahm von 1,427 cm auf 3,411 cm zu. Das bedeutet, daß die absolute Abscheidungsgeschwindigkeit von 168 auf 309 g/Std. anstieg. Betrachtet man die Gewichtseinheit in der Zeiteinheit, so erhält man die Einheit der Abscheidungsgeschwindigkeit. Die absolute Abscheidungsgeschwindigkeit war 472 g/Std. am Ende der Versuchsreihe, während die Einheit der Abscheidungsgeschwindigkeit sich auf 0,23 bis 0,25 g/Std · cm² einstellte. Die Stäbe neigten sich sehr stark, und mehrere Versuche führten sogar zu einer Berührung mit der Reaktorwand. Wenn jedoch der Siliciumstab weiter wuchs mit einer Geschwindigkeit von 20 μΐη/Μϊη., so war es möglich, innerhalb von 48 Stunden zwei Stäbe von etwa 100 mm aufzubauen. Dies ist eine bisher nie erreichte Leistung.

Um gerade Siliciumstäbe zu erhalten, wird die anfängliche Stabtemperatur bei 1100" C gehalten und der Wassersloffstrom bei 472 l/Min., bis der Stabdurchmesser so weit angewachsen ist, um ein Vibrieren zu verhindern. Dann wurde die Temperatur auf 1150 C erhöht. Nach 36 Stunden mußte der Versuch abgebrochen werden, wegen elektrischer Probleme. Der Stabdurchmesser betrug bereits 6,985 cm und somil die absolute Wachstumsgeschwindigkeit 472 g/Std Die Arbeitsbedingungen wurden während der ganzen Versuchszeit zur Optimierung der Abscheidungs geschwindigkeit variiert. Der begrenzende Faktoi war ein »Nebel«, der sich an den Reaktorwänder ausbildete.

Wenn ein solcher Nebel entweder aus Silicium ode Polysilanen an den Reaktorwänden auftrat, so wurdi die Strömungsgeschwindigkeit von SiHCl, herab gesetzt. Innerhalb von 30 bis 60 Minuten war de Schleier an der Reaktorwand wieder verschwunder Steigerte man die Strömungsgeschwindigkeit voi SiHCl-, auf den ursprünglichen Wert, so trat de

Schleier wieder auf. Wenn man die Strömungsge schwindigkeit von SiHCl, erhöhte, so wurde stufen weise um 25 C die Stabtemperatur herabgesetzi Wenn sich ein Schleier bildet, wurde der Wasserstofl strom stufenweise um jeweils 7 m³/3ld. erhöht. Bc Versuchsende betrug die Stabtempera tür 1100 < und die Wasserstoffströmung 708 l/Min.

In Tabelle V ist der TrichlorsUaribedarf für dies Versuche, nämlich zum Aufbau von zwei Stäben vo

etwa 100 mm/48 Std., zusammengestellt. Mit zunehmender SiliciumfUiche muß dem Reaktor mehr Trichlorsilan zugefügt werden, um ein Verarmen der Gasatmosphäre zu verhindern.

Der begrenzende Faktor ist die Abscheidung von Silicium und Polysilan am Reaktor seihst. Wenn die

Tabelle V

maximale Triehlorsilanmenge 15,85kg/Std. betrug, so erlangte die Abscheidungsgeschwindigkeit 800g/ Std., wenn die Stäbe einen Durchmesser von 50 mm besitzen, dann kommt es bereits zu einem Wachstum unter Verarmungserscheinungen.

)urchwesscr	Flache	Angenom	Angenom	Trichloi-
		mene Ab-	mene max.	silan-
		scheidungs-	Umwand	Bcdarr
		gcscli win	lung
		digkeil	HSiCl, -Si
cm)	(dm²)	0.25 a.·	2 S ".Il	(kg/Sid.)
		SkI. ■ cnr
2,54	16	400	1600	8
5,08	32	800	3200	16
7,62	48	1200	4800	24
10.16	64	1600	6400	32

In der folgenden Tabelle sind die Arbeitsbedingungen für verschiedene Untersuchungen und die Er gebnisse zusammengestellt. Einige wurden bereits oben besprochen.

Tabelle	Vl	Vers. Zeil	C...L	H,	HSiCl,	HSiCl,	MoI-	Si Um-	■andl.	Stab-	MiHl. Abscheidung	(;j.m Min.)	S-	(g Sld.· cnr)
		(Sld.)	Mao Temp.				Vcrh.		Vo)	durch- mcRscr	geschwindigkeit	12.2		0.175
Vers. Nr.	Slab Zahl	6	( Cl	(I Min.l	(l/Min.)	(kg; Std.)		(gl C	6,9	(cm)	(g/Std.l	34.7	0,277
		3,75	1100 .	352	123	4.4	3,4	380	9,7	1.080	63	12	0.138
18	2	6	1100	405	15,1	5,4	3,6	411	6,0	1.181	68	12.3	0.196
19	2	6	1100	200	15,6	5.7	7,4	420	5.4	1.080	70	11,8	0.172
1 7 ->o	2	6	1100	70	17,9	6,4	20.6	435	10.9	1,105	72	9.9	0.153
Tl	2	6	1100	207	14,2	5,0	6,4	693	10,4	1.054	115	10.6	0.134
^. 1 1ί	4	6	1100	202	13.2	4,5	6.1	556	10,7	0.914	93	11.8	0.172
I J T)	4	6	1100	250	6.5	2.8	2,6	312	5.6	0.965	52	16.6	0.242
■)■>	2	6	1100	236	14.2	5.0	5.7	360	9.1	1.041	60	19.5	0.28?
ZJ 14	2	4.5	1150	236	15.1	5.7	6,0	646	9.8	1.397	108	19.5	0.27C
*I τ** ~)	2	6	1200	236	17.0	5.9	6.7	542	7.8	1.257		30,2	0,30-
Z ■JA	2	4,5	1200	85	23.4	13,1	21.7	822	7,7	1.613		18	O.28(
Zt^- 25	2	6	1200	221	21,7	7.7	9,0	560	7.0	1,295	—	14.5	0.22·
76	2	6	1150	236	25,8	9,1	9,7	792	10.6	1.499	132	15.4	0.24:
7,	2	6	1150	236	10,9	4,1	4,6	526	6.3	1,245	88	19.2	0,28
I	2	6	1100	472	21.9	7.9	4,4	602	7,3	1.308	101	20,5	0,31'
I 27	Za 2	6	1150	472	25,7	9,4	5.0	842	6,9	1,588	140	20,6	0,32
	2	6	1150	472	35,2	12.7	6,9	1000	5,2	1,676	166	14.8	0.23
_) f.	2	6	Π 50	472	50,5	18.1	9,6	1020	11,8	1.689	169	28.4	0,31
7	2	2	1150	472	10,3	3,6	2,1	554	6,0	1.270	92	16.9	0.2(1
/ A	T	6	1150	708	17.5	6,4	2.4	158	8,25	0.701	70.2	20,5	O.30
H- 28	2	6	1150	708	15,1	5,4	2,0	574	7,35	1.422	96	22.5	0.34
29 Q	2 2	6	1150	708	30,2	11,4	4,0	970	6,02	1.681	162	20.7	03
O Q	T	6	1150	708	45,3	16.3	6,0	1 120	8,90	1,821	195	10.2	0.H
7 in	Z.		1200	472	22,6	8,2	4.6	940	2,95	1.694	157	20,4	0.3:
I W in	Z. 2	6	1050	472	22.6	8,2	4.6	300	5.37	0,940	50		0.4-
.'VJ 11	■y	5	1150	472	43,9	15,9	8.6	1060	2.9	1.727	177
.1 I	■)		1130	944	125,6	45,4	11.7	I 366		1.948	273
12	->

Fortsetzung

Vers. Nr.	Stab Zahl	Vers. Zeit	Stab Temp.	(l/Min.)	HSiCl,,	HSiCl,	MoI- Verh.	Si	Um- wandl.	Stab durch messer	MiUl. Abschcidungs geschwindigkeit	i.) (μηι/ Min.)	(g/Sld cm²)
		(Std.)	( C)	944	(l/Min.)	(kg/ Std.)		(g)	i%)	(cm)	(g/Std	25,6	0,381
Il	2	5,75	1150	708	50,0	18,1	5,0	1 368	6,0	1,976	238	25,8	0,417
33	2	3,25	1175	708	50,5	18,1	5,0	516	5,6	1,209	159	20,7	0,313
34	2	6,5	1150	708	64,1	22,7	8,3	1 300	4,6	1,821	193	22	0,322
15	2	6,75	1150	708	65,3	217	8,4	2010	4,6	2,515	229	25	0.374
35	2	4	1150	708	56,6	20,4	7,4	674	4,0	1,428	168	20	0.309
16	2	13	1150	472	68,9	25,0	8,9	4020	4,6	3,411	309	19,3	0,280
36	■>	13	1150	708	70,8	25,0	13,3	3 696	5,26	3,218	284	15.3	0,236
37	2	5	1125	708				418	3,84	1,122	83	18	0,250
38	2	16	1150					4 600	6,57	3,658	288	15,8	0,216
17	2	36						17 025	9,76	6,934	472	14,2	0,20]
39	2	16		377				3005	7,26	2,946	188	15.6	0,23'
40	2	8	1100	472				1021	4,1	1,706	127	14,3	0.23^
41	2	4	1075	23,6		4,8	262	3,7	0,889	66

Claims

Patentanspruch:

Kontinuierliches Verfahren zur Abscheidung von polykristallinem Silicium an einem Stab durch thermische Zersetzung von Trichlorsilan zwischen 1000 und 1200⁰C im Gemisch mit Wasserstoff, dadurch gekennzeichnet, daß man Trichlorsilan in einer Menge entsprechend der Gleichung ι ο

. _ 4,8237 G- R A _ _