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DE112011102417T5 - Herstellung von polykristallinem Silizium - Google Patents

Herstellung von polykristallinem Silizium Download PDF

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DE112011102417T5
DE112011102417T5 DE112011102417T DE112011102417T DE112011102417T5 DE 112011102417 T5 DE112011102417 T5 DE 112011102417T5 DE 112011102417 T DE112011102417 T DE 112011102417T DE 112011102417 T DE112011102417 T DE 112011102417T DE 112011102417 T5 DE112011102417 T5 DE 112011102417T5
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DE
Germany
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silicon
reaction chamber
control layer
reactor system
filament
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE112011102417T
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English (en)
Inventor
Urban R. Kultgen
Krishnakumar M. Jayakar
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rec Silicon Inc
Original Assignee
Rec Silicon Inc
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Filing date
Publication date
Application filed by Rec Silicon Inc filed Critical Rec Silicon Inc
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Abstract

Ein Reaktorsystem zur chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) weist eine Reaktionskammer auf, die von einer Reaktionskammerwand mit einer inneren Oberfläche umschlossen ist, die in Richtung des Inneren der Kammer angeordnet ist. Mindestens ein Abschnitt der Wand ist eine Wärmesteuerschicht, die der Kammer zugewandt ist und die aus einem Material wie z. B. elektrolytisch abgeschiedenem Nickel besteht, das einen Emissionsvermögenskoeffizienten, bei 300 K gemessen, von 0,1 oder weniger und eine Härte von mindestens 3,5 Moh aufweist. Polykristallines Silizium wird aus an Silizium reichen Gasen unter Verwendung eines solchen CVD-Reaktorsystems hergestellt.

Description

  • RÜCKVERWEISUNG AUF VERWANDTE ANMELDUNG
  • Vorliegend wird die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 61/365 753, eingereicht am 19. Juli 2010 beansprucht, deren Inhalt durch Bezugnahme vollständig hierin aufgenommen ist.
  • GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Vorrichtung, die zur Verwendung in Reaktionsprozessen zur chemischen Gasphasenabschneidung geeignet ist und die eine Reaktionskammer mit inneren Kammeroberflächen mit einer Wärmesteuerschicht aufweist, um das Emissionsvermögen zu verringern; ferner betrifft sie die Verwendung der Vorrichtung für die Herstellung von polykristallinem Silizium.
  • HINTERGRUND
  • In der Halbleiterindustrie ist es übliche Praxis, Silizium mit hoher Reinheit durch einen Prozess herzustellen, der als chemische Gasphasenabscheidung (”CVD”) bekannt ist. Kurz gesagt werden bestimmte Substanzen mit Siliziumgehalt auf hohe Temperaturen innerhalb einer Reaktionskammer erhitzt, was bewirkt, dass sie einer Zersetzung unterzogen werden, während sie sich im Dampfzustand befinden, und elementares Silizium erzeugen. In Abhängigkeit von der Konstruktion der Reaktionskammer und ob sie zusätzlich Abscheidungsoberflächen enthält oder nicht, kann das elementare Silizium als Pulver oder als Stab gesammelt werden. Solches Silizium wird häufig als Polysilizium oder polykristallines Silizium bezeichnet.
  • Eines der umfangreich ausgeführten herkömmlichen Verfahren zur Polysiliziumherstellung findet über Abscheidung von Polysilizium in einem CVD-Reaktor statt und wird im Allgemeinen als Siemens-Verfahren bezeichnet. In diesem Verfahren wird Polysilizium durch Zersetzung eines Silizium enthaltenden Gases wie beispielsweise Trichlorsilan oder Monosilan innerhalb des CVD-Reaktors auf elektrisch erhitzte dünne Siliziumstäbe mit hoher Reinheit, die manchmal als Filamente bezeichnet werden, abgeschieden. Das Silizium scheidet sich auf den Filamenten ab, wodurch Stäbe mit größerem Durchmesser wachsen, während die Stäbe auf erhöhten Temperaturen gehalten werden, typischerweise von 700 bis 1100°C. Um die Abscheidung von Silizium auf den wachsenden Stäben und nicht auf den Reaktorwänden zu erleichtern, ist es erforderlich, die Reaktorwände zu kühlen und ihre Oberflächentemperaturen auf Niveaus zu halten, unterhalb derer die Abscheidung von Silizium in keinem merklichen Umfang stattfinden kann, typischerweise bei 450°C oder weniger.
  • Der Prozess der Herstellung von elementarem Silizium in dieser Weise ist energieintensiv, und in den letzten Jahren gab es viele Vorschläge hinsichtlich der Vorrichtungskonstruktion sowie viele Modifikationen zum Zwecke der Verringerung des Gesamtenergieverbrauchs und zum Managen des Wärmeverlusts aus der Reaktionskammer. Aus dem Prozess gehen signifikante Energiemengen durch Emission von den Reaktionskammerwänden verloren.
  • Hinsichtlich der Verwendung von Reaktionskammerwänden, die so modifiziert sind, dass sie eine Oberfläche mit geringem Emissionsvermögen an der Innenfläche der Reaktionskammerwand beinhalten, wurden bereits Überlegungen getätigt. Beispielsweise, und wie in dem US-Patent Nr. 4,173,944 dargelegt, ist es bekannt, dass die Verwendung von Silber in Form einer Silberplattierung als Beschichtung innerhalb einer Reaktionskammer den Energieverbrauch verringert. Die Patentveröffentlichung GB 991,184 offenbart die Verwendung von silberplattiertem Stahl für einen ähnlichen Zweck. Da Silber anläuft, erfordert dies jedoch zusätzliche Wartungen und Nacharbeitungen, um die Ausrüstung instand und funktionsfähig zu halten. Silber ist darüber hinaus ein relativ weiches Metall und für einen mechanischen Abrieb während Wartungsroutinen oder eine Beschädigung anfällig, wenn es von Polysiliziumstäben während derer Entnahme aus der Kammer berührt wird. Um die Probleme zu mildern, die mit dem Anlaufen und der Wartung verbunden sind, und als Alternative zu Silber wurde Gold als Modifikationsmittel für die CVD-Reaktionskammer vorgeschlagen. Für beispielhafte Offenbarungen in Bezug auf die Verwendung von Gold in Zusammenhang mit CVD-Prozessen und einer CVD-Ausrüstung wird auf die folgenden Veröffentlichungen verwiesen: US-Patent Nr. 4,579,080 ; US-Patent Nr. 4,938,815 ; WO2009/120859 ; JP59111997 und JP1208312 . Obwohl die Verwendung von Gold einige der Nachteile von Silber überwinden kann, ist auch Gold ein relativ weiches Material und besitzt daher ähnliche mechanische Nachteile. Ferner bestehen Bedenken, dass Gold für eine Verunreinigung des elementaren Siliziums und die Verminderung dessen Endverwendungswerts anfällig sein kann. Andere frühere Vorschläge haben die Verwendung von poliertem Stahl umfasst, wie z. B. in der Patentveröffentlichung EP90321A offenbart.
  • In der Solarindustrie, und insbesondere der Elektronikindustrie, ist die Reinheit von Silizium äußerst wichtig, und Verunreinigungen mit anderen Elementen und Metallen, auch nur mit sehr geringen Mengen an Parts per Billion (ppb), können für den Wert des Produkts schädlich sein und machen zusätzliche Nachreinigung- oder Nachsäuberungsprozeduren notwendig. Dementsprechend ist es wünschenswert, eine Vorrichtung bereitzustellen, die zur Verwendung als CVD-Reaktor geeignet ist, insbesondere wenn Silizium mit ultrahoher Reinheit hergestellt wird, welche den Wärmeverlust derart verringert, dass ein annehmbarer Energieverbrauch geschaffen wird, während eine verbesserte Beständigkeit gegen eine mechanische Beschädigung geschaffen wird und gleichzeitig das Risiko für eine Verunreinigung des abgeschiedenen Materials gemildert wird.
  • ZUSAMMENFASSENDE DARSTELLUNG
  • Wie hier beschrieben, sind die Innenwände einer Reaktionskammer zur chemischen Gasphasenabscheidung vorteilhafterweise mit einer Substanz mit bestimmten nützlichen Emissionsvermögens- und Härteeigenschaften beschichtet.
  • Gemäß einem ersten Aspekt weist ein Reaktorsystem zur chemischen Gasphasenabscheidung eine Reaktionskammer auf, die durch eine Reaktionskammerwand mit einer äußeren und einer inneren Oberfläche umschlossen ist, wobei die innere Oberfläche in Richtung des Inneren der Kammer angeordnet ist und von welcher zumindest ein Abschnitt der Innenwand eine Wärmesteuerschicht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmesteuerschicht eine relativ reine Substanz ist, die Folgendes besitzt:
    • i) einen Emissionsvermögenskoeffizienten, bei 300 K gemessen, von 0,1 oder weniger; und
    • ii) eine Härte von mindestens 3,5 Moh.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt weist ein Reaktorsystem zur chemischen Gasphasenabscheidung eine Reaktionskammer auf, die durch eine Reaktionskammerwand mit einer äußeren und einer inneren Oberfläche umschlossen ist, wobei die innere Oberfläche in Richtung des Inneren der Kammer angeordnet ist, und bei der zumindest ein Abschnitt der Innenwand eine Wärmesteuerschicht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmesteuerschicht eine mittlere Dicke von 0,1 bis 10 Mikrometer aufweist und galvanisiertes Nickel ist.
  • Gemäß einem noch weiteren Aspekt umfasst ein Verfahren zur Abscheidung von elementarem Silizium das Aussetzen einer Silizium-enthaltenden Substanz in einem gasförmigen Zustand einer Temperatur innerhalb eines Reaktorsystems zur chemischen Gasphasenabscheidung, welche Temperatur ausreicht, um deren Zersetzung zu bewirken, wobei das Reaktorsystem eine Reaktionskammer enthält, wie in den vorangehenden Aspekten beschrieben.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • 1 ist ein Seitenaufriss eines Reaktors, der teilweise im Schnitt gezeigt ist.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Eine Vorrichtung oder ein Reaktor zur chemischen Gasphasenabscheidung umfasst typischerweise eine Reaktionskammer, die durch Reaktionskammerwände mit einer äußeren Oberfläche und einer inneren Oberfläche definiert ist, wobei die letztere in Richtung eines Hohlraums oder Innenraums der Kammer angeordnet ist. Der Reaktor ist typischerweise mit einer Gaseinlassdüse und einer Gasauslassdüse ausgestattet, um den Durchgang von Gas oder Gasgemischen durch die Kammer auf oder über Atmosphärendruck zu ermöglichen. In einigen Fällen kann die Reaktionskammer mit Eintritts- und Austrittsöffnungen analog zu einem offenen Rohr offen sein, und in anderen Fällen ist sie durch Befestigung einer Basisplatte vollständig umschlossen und abgedichtet. Um die Reaktion oder chemische Zersetzung des Gases (der Gase), die durch die Kammer geleitet werden, zu bewirken, ist eine Wärmequelle erforderlich, die typischerweise durch die Verwendung von elektrischem Strom bereitgestellt wird, welcher durch ein oder mehrere Filamente fließt, die in einer festen räumlichen Anordnung innerhalb der Reaktionskammer positioniert und gehalten werden. Ferner kann die Vorrichtung auch mit einem Kühlsystem zum Steuern der Temperatur innerhalb der Kammer oder der Reaktionskammerwände ausgestattet sein.
  • Der Gegenstand dieser Offenbarung ist das Versehen zumindest eines Abschnitts der Reaktionskammerwand und insbesondere das Versehen der inneren Oberfläche, wie in Richtung des Hohlraums der Reaktionskammer angeordnet, mit einer Wärmesteuerschicht. Für den Zweck dieser Offenbarung wird, wenn die Vorrichtung eine Basisplatte umfasst, die Basisplatte als Äquivalent einer Reaktionskammerwand betrachtet. Die Wärmesteuerschicht ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine relativ reine Substanz mit einem Emissionsvermögenskoeffizienten, bei 300 K gemessen, von 0,1 oder weniger, vorteilhafterweise von 0,08 oder weniger und vorteilhafter von 0,05 oder weniger ist. Die Wärmesteuerschicht ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Härte von 3,5 Moh oder mehr, vorteilhafterweise 4,0 Moh oder mehr und noch vorteilhafter 5,0 Moh oder mehr aufweist; vorteilhafterweise überschreitet die Härte 8,0 Moh nicht und vorteilhafterweise überschreitet sie 7,0 Moh nicht. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform weist die Wärmesteuerschicht einen Emissionsvermögenskoeffizienten von 0,1 oder weniger in Kombination mit einer Härte von 3,5 bis 7,0 Moh auf; in einer noch vorteilhafteren Ausführungsform weist die Wärmesteuerschicht einen Emissionsvermögenskoeffizienten von 0,08 oder weniger und eine Härte von 4,0 bis 6,8 Moh auf.
  • Die Wärmesteuerschicht sollte in einer Menge vorhanden sein, die ausreicht, dass ihre Emissionsvermögenseigenschaft den Gesamtverlust der Energie (Wärme) von der Vorrichtung verringert und den Energieverbrauch der Ausrüstung relativ zu einer Ausrüstung, bei der eine solche Wärmesteuerschicht fehlt, vermindert. Die Wärmesteuerschicht ist auf zumindest einem Abschnitt der Fläche der inneren Oberfläche der Reaktionskammerwand vorhanden; unter einem Abschnitt werden mindestens 10% der Fläche, vorteilhafterweise mindestens 30% der Fläche und vorteilhafter mindestens 50% der gesamten Oberfläche der Innenwand verstanden.
  • Die Emissionsvermögenseigenschaften der Wärmesteuerschicht werden nicht durch ihre Dicke beeinflusst. Die Dicke der Wärmesteuerschicht ist mindestens 0,1 Mikrometer, vorteilhafterweise mindestens 0,5 Mikrometer und vorteilhafter mindestens 5,0 Mikrometer und noch vorteilhafter mindestens 10 Mikrometer. Die Dicke ist bis zu 100 Mikrometer, vorteilhafterweise bis zu 75 Mikrometer und vorteilhafter bis zu 50 Mikrometer. Gemäß einer sehr vorteilhaften Ausführungsform ist die Wärmesteuerschicht in einer Menge von mindestens 30% der gesamten Oberfläche der Reaktionskammerinnenwand (Reaktionskammerinnenwände) und in einer mittleren Dicke im Bereich von 0,5 bis 75 Mikrometer und vorteilhafterweise von 5 bis 75 Mikrometer vorhanden.
  • Die Wärmesteuerschicht ist typischerweise eine relativ reine Substanz und im Allgemeinen ein Metall. Unter ”relativ rein” wird sie als Substanz mit einer elementaren Reinheit von mindestens 75% oder größer, vorteilhafterweise mindestens 90% oder größer und vorteilhafter mindestens 99% oder größer verstanden. Die Wärmesteuerschicht muss auch den Betriebstemperaturen des CVD-Reaktors ohne Beeinträchtigung ihrer Integrität standhalten können, folglich wünschenswerterweise, wenn ein Metall einen Schmelzpunkt über der Betriebstemperatur des CVD-Reaktors aufweist.
  • Metallsubstanzen, die für den Einsatz als Wärmesteuerschicht geeignet sind, sind beispielsweise Vanadium, Tantal, Nickel, Platin, Chrom, Molybdän und Legierungen oder Gemische von zwei oder mehreren derartigen Metallen. Nickel wird als zur Verwendung als Wärmesteuerschicht besonders geeignet betrachtet, da es zusätzlich zu seinen wünschenswerten Emissionsvermögens- und Härteattributen auch eine gute chemische Beständigkeit gegen Materialien wie beispielsweise chemische Mittel bietet, die beim Reinigen von CVD-Reaktoren zwischen Betriebsverwendungen verwendet werden können.
  • Für den Fall, dass CVD-Reaktoren verwendet werden, um polykristallines Silizium aus an Silizium reichen Gasen wie beispielsweise Trichlorsilan oder Monosilan (SiH4) herzustellen, ist die Reinheit des resultierenden Siliziums äußerst wichtig und es ist äußerst wünschenswert, das Risiko einer Verunreinigung durch Spurenmengen von anderen Elementen zu vermeiden. Bei diesen Vorgängen ist es typisch, dass die Masse der Reaktorwände aus Stahl mit Chrom und/oder Nickel (bis zu 20%) besteht. Um eine Einführung von anderen elementaren Verunreinigungsquellen zu vermeiden, wenn polykristallines Silizium hergestellt wird, ist vorteilhafterweise folglich die Wärmesteuerschichtsubstanz eine, die bereits im elementaren Fingerabdruck der Vorrichtung vorhanden ist, in diesem Fall ist dies Chrom oder insbesondere Nickel.
  • Die Wärmesteuerschicht kann durch irgendeine der einem Fachmann auf dem Gebiet der Metallurgie, der Metallplattierung oder Metallbeschichtungstechniken bekannten Verfahren bereitgestellt werden.
  • In dem Beispiel, in dem Nickel die Wärmesteuerschicht ist, kann dies durch Galvanisierungsverfahren oder durch chemische Nicht-Galvanisierungs-Verfahren, einschließlich stromloser Plattierung und Bürstenplattierung, erreicht werden. Es ist bekannt, dass auf eine Oberfläche wie z. B. Stahl entweder direkt oder indirekt über einer Kupferhaftschicht durch elektrolytische Abscheidung plattiertes Nickel besonders niedrige Emissionsvermögenskoeffizienten aufweist. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Wärmesteuerschicht folglich elektrolytisch abgeschiedenes Nickel oder wie ansonsten als galvanisiertes Nickel bezeichnet.
  • Die Emissionsvermögenskoeffizienten und die Härte sind in Tabelle 1 für eine Anzahl von Substanzen, wie in der zugänglichen Literatur berichtet, angegeben.
    Substanz Schmelzpunkt (°C) Härte (Moh) Emissionsvermögenskoeffizient
    Vanadium 1910 6,7 0,1
    Nickel 1453 4,0 0,07 poliert 0,04 elektrolytisch
    Tantal 3017 6,5 0,1
    Chrom 1907 8,5 0,06 poliert
    Platin 1768 4,0 0,05 poliert
    Molybdän 2623 5,5 0,07 poliert
  • Als Beispiel weist der CVD-Reaktor 10 eine elliptische Querschnittsgeometrie auf, wie in 1 gezeigt, und umfasst ein Basiselement 12, an dem eine Hülle 14 mit einer Glockengefäßkonstruktion mit einer Doppelwandkonstruktion angebracht ist, die durch eine Außenwand 15 und eine Innenwand 16 definiert ist, die eine innere Oberfläche aufweist, die eine Reaktionskammer 20 definiert. Die Reaktionskammer 20 ist so konfiguriert, dass sie eine Pyrolyse- und Siliziumabscheidungsoperation enthält. Ein Abschnitt der Wand 16 ist eine Wärmesteuerschicht 23, die der Kammer 20 zugewandt ist.
  • Die Außen- und die Innenwand 15, 16 sind voneinander beabstandet, um einen Zwischenraum 17 zu bilden. Ein Kühlmittel wie z. B. Wasser wird durch eine Einlassöffnung 18 in der Wand 15 in den Zwischenraum 17 geleitet und tritt aus einer Austrittsöffnung 19 aus.
  • Elektroden 21 sind an der Unterseite der Kammer 20 vorgesehen. Jede Elektrode 21 ist vertikal in einer Wärmeabschirmung 22, die am Basiselement 12 befestigt ist, angebracht. Ein Siliziumstarterfilament 25 ist an jeder Elektrode 21 angebracht, so dass das Filament in einer festen speziellen Anordnung innerhalb der Kammer 20 gehalten wird. Die Anordnung von Elektroden 21 sollte aus einer geraden Anzahl bestehen, die mit einer entsprechenden geraden Anzahl von Starterfilamenten 25 verbunden sind. Jedes Siliziumstarterfilament 25 ist in einem im Wesentlichen gleichen Abstand beabstandet und ist von der Innenwand 17 der Abdeckung 14 um einen im Wesentlichen gleichen Abstand radial getrennt.
  • Jede der Elektroden 21 erstreckt sich unter das Basiselement 12, wobei jede mit einer herkömmlichen Wechselspannungsquelle (nicht dargestellt) verbunden ist. Ein wegwerfbares Kohlenstoffspannfutter 27 ist am oberen Ende jeder Elektrode 21 in Kontakt mit jedem Starterfilament 25 angebracht. Das Kohlenstoffspannfutter 27 vereinfacht die Entnahme der fertigen Siliziumstäbe aus dem Reaktor 10, nachdem der Pyrolysevorgang vollendet ist. Die Siliziumfilamente 25 werden auch in einer im Wesentlichen vertikalen Orientierung relativ zum Basiselement 12 gehalten.
  • Ein elektrischer Stromkreis ist zwischen jedem Satz von zwei Siliziumfilamenten 25 durch ein Verbindungselement 35 vorzugsweise mit derselben Zusammensetzung wie die Filamente 25 geschlossen. Die Siliziumfilamente 25 sind vorzugsweise in Paaren ausgebildet, wobei jedes Paar eine hufeisenartige Konfiguration aufweist, wobei der Überbrückungsabschnitt das Verbindungselement 35 darstellt. In dieser Weise schließt jedes hufeisenartige Paar von Filamenten 25 einen elektrischen Stromkreis durch die Elektroden 21, in denen die Stäbe 25 angebracht sind. Eine gleichmäßige Abscheidung von polykristallinem Silizium mit hoher Reinheit wird auf jedem aufrechten Siliziumfilament 25 ausgebildet.
  • Ein Wärmeisolator 37 ist am Basiselement 12 angebracht, um eine Wärmeisolation für jedes Filament in einer herkömmlichen Weise bereitzustellen. Der Wärmeisolator 37 wird auch als Mittel zum Steuern der Strömung von Rückführungsgas um jedes Filament verwendet. Der Wärmeisolator 37 ist vertikal am Basiselement 12 angebracht oder durch dieses abgestützt und umfasst Trennwände 38, die sich auf entgegengesetzten Seiten jedes Starterfilaments 25 erstrecken, um eine längliche Kammer 40 zu bilden, die im Wesentlichen jedes Filament 25 umgibt. Die Kammern 40 arbeiten zum Führen der Verteilung von zurückgeführtem Gas gleichmäßig um jedes Filament 25. Das Filament 25 liegt vorzugsweise im Symmetriezentrum jeder Kammer 40. Die Trennwände 38 können direkt am Basiselement 12 angebracht sein oder relativ nahe zu diesem angebracht sein und erstrecken sich so nahe wie möglich zum Verbindungselement 35, das die Siliziumfilamente 25 überbrückt, vertikal nach oben.
  • Eine Silizium enthaltende Substanz, insbesondere Monosilangas, wird in den Reaktor 10 durch ein Zufuhrrohr 41 eingeführt, das sich durch das Basiselement 12 und den Kern des Wärmeisolators 37 zu mehreren Auslässen 43 erstreckt. Alternativ kann das Monosilangas in das Rückführungsgas-Zufuhrrohr 44 eingeführt werden, bevor es wieder in den Reaktor 10 eintritt. Bedingungen werden innerhalb der Reaktionskammer 20 derart aufrechterhalten, dass die Zersetzung des Monosilangases elementares Silizium erzeugt, das sich auf den Filamenten abscheidet und zur Bildung von polykristallinen Siliziumstäben mit Durchmessern führt, die größer sind als die Durchmesser der Filamente. Insbesondere wird das Monosilangas einer Temperatur ausgesetzt, die ausreicht, um die Zersetzung von Monosilangas und die Abscheidung von elementarem Silizium zu bewirken.
  • Abgas wird aus dem Reaktor 10 durch eine Ausgangsöffnung 45 abgeführt. Das Abgas wird an einem Wärmetauscher 46, einem Filter 47 vorbei und in ein Gebläse 48 geführt, woraufhin es durch das Zufuhrrohr 44 in den Reaktor 10 mit einer gesteuerten Durchflussrate zurückgeführt wird. Ein Ventil V ist in der Auslassleitung vorzugsweise benachbart zur Ausgangsöffnung 45 verbunden, um zu ermöglichen, dass ein Teil der Abgase abgelassen wird, um für die Rückgewinnung von Silan und die Entfernung von überschüssigem Wasserstoff, der durch die Zersetzung von Silan gebildet wird, zu sorgen. Der Wärmetauscher 46 dient zum Kühlen der Abgase, um die Wiedereintrittstemperatur in den Reaktor 10 zu steuern. Der Filter 47 dient zum Entfernen von mitgeführtem Siliziumpulver, das in den Abgasen vorhanden ist. Der Wärmetauscher 46, der Filter 47 und das Gebläse 48 sind alle eine herkömmliche Ausrüstung.
  • Die zurückgeführten Abgase werden durch das Gebläse 48 durch ein Verteilungsnetz 50 in den Reaktor 10 getrieben. Das Verteilungsnetz 50 verteilt das zurückgeführte Gas in einer gesteuerten Weise, um ein gleichmäßiges Wachstum des polykristallinen Siliziums zu bewirken. Das Verteilungsnetz 50 umfasst einen Rohrverteiler 52, Zufuhrleitungen 53, einen sekundären Rohrverteiler 54 und mehrere Verteilungsringe 55. Der Rohrverteiler 54 ist am Basiselement 12 angebracht. Die Hülle 14 sitzt auf dem Rohrverteiler 54 und umfasst mehrere laschenartige Rippen 56, die von der Hülle 14 vorstehen, wobei sich Montageschrauben 57 zur Befestigung der Hülle 14 am Basiselement 12 durch diese hindurch erstrecken.
  • Der Betrieb des hier erörterten dargestellten Reaktors 10 ist ein erläuterndes Beispiel in Bezug auf die Abscheidung von Silizium durch die Zersetzung von Silan (SiH4). Analoge Vorrichtungen und Verfahren können für andere bekannte Silizium enthaltende Substanzen (Vorläufergase) verwendet werden, wie z. B. Polysilane (SinH2n+2), Chlorsilane, Bromsilane und Jodsilane, beispielsweise Disilan (Si2H6), Dichlorsilan (SiH2Cl2), Trichlorsilan (SiHCl3), Siliziumtetrachlorid (SiCl4), Dibromsilan (SiH2Br2), Tribromsilan (SiHBr3), Siliziumtetrabromid (SiBr4), Dijodsilan (SiH2I2), Trijodsilan (SiHI3), Siliziumtetrajodid (SiI4) und Gemische davon.
  • In einigen Reaktoren liegt das Produkt Silizium in Form eines Pulvers vor, das erhalten wird durch Aufrechterhalten von Bedingungen innerhalb der Reaktionskammer, so dass die Zersetzung der Silizium enthaltenden Substanz elementares Silizium in Form von Siliziumpulver erzeugt. Für den Zweck dieser Offenbarung ist Siliziumpulver hochreines Silizium mit einer maximalen Querschnittsabmessung (Durchmesser) von 15 μm oder weniger.
  • Die vorliegende Erfindung kann Vorteile wie z. B. erhöhte Leistungseinsparungen, verringerte Betriebstemperaturen, verringerte Wartungskosten und Mildern des Risikos einer Verunreinigung erreichen.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung in Bezug auf vorteilhafte Beispiele beschrieben wurde, erkennt der Fachmann auf dem Gebiet leicht, dass Änderungen oder Modifikationen an dieser durchgeführt werden können, ohne vom Gedanken oder Schutzbereich der vorliegenden Erfindung, wie durch die beigefügten Ansprüche definiert, abzuweichen. Angesichts der vielen möglichen Ausführungsformen, auf die die Prinzipien der offenbarten Prozesse angewendet werden können, sollte erkannt werden, dass die Lehren hier nur Beispiele sind und nicht als Begrenzung des Schutzbereichs der Erfindung aufgefasst werden sollten.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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    • EP 90321 A [0006]

Claims (15)

  1. Reaktorsystem zur chemischen Gasphasenabscheidung mit einer Wand mit einer inneren Oberfläche, die eine Reaktionskammer definiert, wobei ein Abschnitt der Wand eine Wärmesteuerschicht ist, die der Kammer zugewandt ist, wobei die Wärmesteuerschicht aus einer Substanz besteht, die einen Emissionsvermögenskoeffizienten, bei 300 K gemessen, von nicht mehr als 0,1 aufweist und eine Härte von mindestens 3,5 Moh aufweist.
  2. Reaktorsystem nach Anspruch 1, wobei die Dicke der Wärmesteuerschicht nicht mehr als 100 Mikrometer ist.
  3. Reaktorsystem nach Anspruch 1, wobei die Wärmesteuerschicht einen Emissionsvermögenskoeffizienten von nicht mehr als 0,05 aufweist.
  4. Reaktorsystem nach Anspruch 1, wobei die Wärmesteuerschicht eine Beschichtung einer Substanz ist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Wolfram, Tantal, Nickel, Platin, Chrom und Molybdän besteht.
  5. Reaktorsystem nach Anspruch 4, wobei die Wärmesteuerschicht Nickel ist.
  6. Reaktorsystem nach Anspruch 5, wobei das Nickel galvanisiertes Nickel ist.
  7. Reaktorsystem nach Anspruch 4, wobei die Wärmesteuerschicht aus einer Substanz besteht, die relativ rein ist.
  8. Reaktorsystem zur chemischen Gasphasenabscheidung mit einer Wand mit einer inneren Oberfläche, die eine Reaktionskammer definiert, wobei ein Abschnitt der Wand eine Wärmesteuerschicht ist, die der Kammer zugewandt ist, wobei die Wärmesteuerschicht galvanisiertes Nickel ist und eine mittlere Dicke von 5 bis 75 Mikrometer aufweist.
  9. Reaktorsystem nach Anspruch 8, wobei die Wärmesteuerschicht aus galvanisiertem Nickel besteht, das relativ rein ist.
  10. Verfahren zur Abscheidung von elementarem Silizium, das das Aussetzen einer Silizium enthaltenden Substanz in einem gasförmigen Zustand umfasst, und zwar innerhalb der Reaktionskammer eines Reaktorsystems nach Anspruch 1 einer Temperatur, die ausreicht, um die Zersetzung der Silizium enthaltenden Substanz zu bewirken.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, das ferner Folgendes umfasst: Positionieren und Halten mindestens eines Filaments in einer festen räumlichen Anordnung innerhalb der Reaktionskammer; und Aufrechterhalten von Bedingungen innerhalb der Reaktionskammer, so dass die Zersetzung der Silizium enthaltenden Substanz elementares Silizium erzeugt, das sich auf dem mindestens einen Filament abscheidet und zur Bildung mindestens eines polykristallinen Siliziumstabes mit einem Durchmesser, der größer ist als der Durchmesser des Filaments, führt.
  12. Verfahren nach Anspruch 10, das ferner das Aufrechterhalten von Bedingungen innerhalb der Reaktionskammer umfasst, so dass die Zersetzung der Silizium enthaltenden Substanz elementares Silizium in Form von Siliziumpulver erzeugt.
  13. Verfahren zur Abscheidung von elementarem Silizium, das das Aussetzen einer Silizium enthaltenden Substanz in einem gasförmigen Zustand innerhalb der Reaktionskammer eines Reaktorsystems nach Anspruch 8 einer Temperatur, die ausreicht, um die Zersetzung der Silizium enthaltenden Substanz zu bewirken, umfasst.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, das ferner Folgendes umfasst: Positionieren und Halten mindestens eines Filaments in einer festen räumlichen Anordnung innerhalb der Reaktionskammer; und Aufrechterhalten von Bedingungen innerhalb der Reaktionskammer, so dass die Zersetzung der Silizium enthaltenden Substanz elementares Silizium erzeugt, das sich auf dem mindestens einen Filament abscheidet und zur Bildung von mindestens einem polykristallinen Siliziumstab mit einem Durchmesser, der größer ist als der Durchmesser des Filaments, führt.
  15. Verfahren nach Anspruch 13, das ferner das Aufrechterhalten von Bedingungen innerhalb der Reaktionskammer umfasst, so dass die Zersetzung der Silizium enthaltenden Substanz elementares Silizium in Form von Siliziumpulver erzeugt.
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