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DE1467143A1 - Process for the pyrolytic deposition of crystalline, preferably monocrystalline silicon - Google Patents

Process for the pyrolytic deposition of crystalline, preferably monocrystalline silicon

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Publication number
DE1467143A1
DE1467143A1 DE19631467143 DE1467143A DE1467143A1 DE 1467143 A1 DE1467143 A1 DE 1467143A1 DE 19631467143 DE19631467143 DE 19631467143 DE 1467143 A DE1467143 A DE 1467143A DE 1467143 A1 DE1467143 A1 DE 1467143A1
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DE
Germany
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hydrogen
deposition
inert gas
silicon
molar
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DE19631467143
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German (de)
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Sirtl Dipl-Chem Dr Erhard
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Siemens AG
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Siemens AG
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Description

Verfahren zum pyrolytischen Abscheiden von kristallinem, vorzugsweise einkristallinem Silicium.Process for the pyrolytic deposition of crystalline, preferably monocrystalline Silicon.

Die Erfindung befaßt sioh mit der Herstellung von hochrejptem, für die Verwendung in der Halbleitertechnik geeignetem Silicium durch Abscheiden aus der Grasphase unter Verwendung eines mit Wasserstoff versetzten Siliciumhalogenide, insbesondere SiHCIa oder SiCl., als Reaktionsgas, das an der Oberfläche eines erhitzten, aus hochreinem Silicium bestehenden Trägerkörpers unter Abscheidung von Silicium an der Oberfläche dieses Trägerkörpers umgesetzt wird.The invention is concerned with the production of highly rejptem, silicon suitable for use in semiconductor technology by deposition from the grass phase using a silicon halides mixed with hydrogen, in particular SiHCla or SiCl., as a reaction gas that is present on the surface a heated carrier body consisting of high-purity silicon is implemented with the deposition of silicon on the surface of this carrier body.

Ein solches Verfahren ist beispielsweise in der US-Patentschrift 3.016.291 und in der deutschen Patentschrift 1.047.181 beschrieben. Dabei kann man nach den Ausführungen der deutschen Patentschrift 1.047.181 dem Reaktionsgas neben dem Wasserstoff noch geringe Mengen von Argon zusetzen.Such a method is for example in US Pat. No. 3,016,291 and in German Pat. No. 1,047,181 described. According to the explanations of German patent 1.047.181, small amounts of argon can be added to the reaction gas in addition to the hydrogen.

Die Abscheidung von für Halbleiterzwecke geeignetem kristallinem Silicium auf einer aus Silicium bestehenden Unterlage verlangt erfahrungsgemäß eine Abscheidungstemperatur von etwa 1100 - 1300° 0. Außerdem muß bei der Verwendung von halogenhaltigen Reaktionsgasen, z. B. von SiHOl, oder SiOl., das Reaktionsgaa normalerweise über 90 MoljC Wasserstoff enthalten, wenn das zur Verfügung gestellte Siliciumhalogenid auch nur einigermaßen ausgenutzt werden soll. Die maximal mögliche Ausbeute beträgt dan etwa 15 ^. Dae in der deutschen Patentschrift 1.047.181 offenbarte Beispiel zeigt, daß aus 10 - 12 kg SiGl,, d. h. eimern Aufwand von 2 kg Silicium, nur 31 - 33 g SlIi* cium erhalten werde»· Dabei ist, wie gemäß der vorliegendemThe deposition of crystalline silicon suitable for semiconductor purposes on a substrate made of silicon Experience has shown that a deposition temperature of approx 1100 - 1300 ° 0. In addition, when using halogen-containing reaction gases such. B. from SiHOl, or SiOl., The Reaction gas normally contain more than 90 MoljC hydrogen, if the silicon halide made available even only should be used to some extent. The maximum possible yield is then about 15 ^. The example disclosed in German patent specification 1.047.181 shows that from 10-12 kg SiGl ,, d. H. buckets of expenditure of 2 kg silicon, only 31 - 33 g slIi * cium will get »· where is how according to the present

Unterlagen (*rt ί % ι At*, a νγ ι 80 9 81 Documents (* rt ί% ι At *, a ν γ ι 80 9 81

rungagca. ν.rungagca. ν.

Erfindung erkannt wurde, eine zusätzliche Beimengung eines entsprechend gewählten Inertgases wie Argon zum Reaktionsgas durchaus geeignet, um die Ausbeute zu erhöhen. Der Grund für die geringe Ausbeute von nur 2 $> beim Bekannten ist ein zu niedriger Wasserstoffanteil und gegebenenfalls auch eine unzureichende Beimengung der Inertgaskompoiiente. Demgegenüber sichert die Anwendung der im folgenden zu. definierendem Brfindung eine Ausbeute von mindestens 22 # Silicium.Invention recognizes an additional admixture of an appropriately selected inert gas entirely suited to the reaction gas, such as argon to increase the yield. The reason for the low yield of only $ 2> with the acquaintance is too low a hydrogen content and possibly also an inadequate admixture of the inert gas components. In contrast, the application of the following guarantees . defining a yield of at least 22 # silicon.

Die Erfindung besieht sich auf ein Verfahren zum pyrolytischen Abscheiden von kristallinem, vorzugsweise einkristallinem Silicium aus einem aus einer gasförmigen Silicium-HalogenverbindUKg, Wasserstoff und einem inerten Gas bestehenden Keaktionsgaöge·» misch auf einem erhitzten Siliciumkriatall, -welches erfMsidwsigßgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß in dem Reaktionsgasgeinisch ein zwischen 0,1 und 3,0 liegendes molares Mischlings verhältnis von Y/asserstoff zu Inertgas und ein im Bereich von O1,;) - 2,0 liegendes molares Mischungsverhältnis dsr SiliciiiMhalngenverbindung zum Y/asserstoff eingestellt und aufrechterhalten wird.The invention relates to a process for the pyrolytic deposition of crystalline, preferably monocrystalline silicon from a reaction path consisting of a gaseous silicon-halogen compound, hydrogen and an inert gas mixed on a heated silicon crystal, which is according to the invention characterized in that in the Reaction gas mixture a molar hybrid ratio of Y / hydrogen to inert gas lying between 0.1 and 3.0 and a molar mixing ratio in the range of O 1 ,;) - 2.0 lying between the silicon compound and Y / hydrogen is established and maintained.

Für die Herstellung von dotiertem Siliciim Teuxui änu F_ear:i;±onsgaggemisch gasförmiges Dotierungsmaterial in Form einer Verbindung zugesetzt werden. Erfahrungsgemäß sind die für die Dotierung erforderlichen Zusätze so gering» daß öle aui ä&s Heaktionsgloichgewicht der Slliciumabßöheiduag keinem Eixiflii;3 nehmen.For the production of doped Siliciim Teuxui änu F_ear: i; ± onsgagmixture gaseous doping material can be added in the form of a compound. Experience has shown that the additions required for the doping are so small that oils do not have any effect on the weight of the silicon content.

Nähere Einselheitea gehes aus der Besohreitiiag der ]?igui*cv3i 1 und 2 sowie aus dein Ausfiihrungs'beispiel hervor·*Further singularities go from the Besohreitiiag of the]? Igui * cv3i 1 and 2 as well as from your exemplary embodiment *

In Hg. 1 ist eine zur Durchführuiig äzu Verfahi-emt-i gi Erfindung geeignete Anordnmig dargestellt». In eiii Qüer ist ein düsmer Stab 2 aus hochreinem Silicium ölsigespar/üt* Sui* Halterung dienes, die Elektroden 3 und 13* Der Silislunmtalb w.ir durch direkten Stromdui'üligang nuf die Hiöilertselilögct VOÄ beispielsweise 1200° C baheiat. Zu diesem Zwz^k Elektroden 3 und 13 lait einer Spaisxiungaquelle 4 vermmden Reg«slu2ig des Heiastromö dient der V/idex-staiaä "5« Das Q faß 1 Ist mit äeat Vaiitilvsit 6 uad-16 auu^^bat-ust, aiii bzv/. Ableiten äea HeaktioiisgasgaMiRPhea dieaan. Τά ·ΐ:: In Hg. 1 is a suitable for Durchführuiig äzu Verfahi-emt-i gi Anordnmig invention is shown. " In eiii Qüer there is a noisy rod 2 made of high-purity silicon oily spar / üt * Sui * holder serves, the electrodes 3 and 13 * The silicon trough is built by direct current supply to the Hiöilertselilögct VOÄ for example 1200 ° C. To this zwz ^ k electrodes 3 and 13 lait a Spaisxiungaquelle 4 vermmden Reg is "slu2ig Heiastromö of the V / idex-staiaä" 5 "Q The barrel 1 is provided with äeat Vaiitilvsit 6 uad-16 auu ^^ bat-ust aiii BZV /. Derive äea HeaktioiisgasgaMiRPhea dieaan. Τά · ΐ ::

fergefäB T befindet eidh flüssiges Silloochloroforai 17, das QCThere is also a liquid Silloochloroforai 17, the QC

durch eia Wärmebad 8 verdäiapfi wird imd ub&r Als -Sxileituag 9 iuthrough a heat bath 8 Verdäiapfi is imd ub & r Als -Sxileituag 9 iu

8 0 33i3J6i306. . bad original ;.8 0 33i3J6i306. . bad original;.

das Reaktionsgefäß 1 gelangt. Zum Nachfüllen der flüssigen Siliciumverbindung ist der Trichter 10 vorgesehen. Durch die Zuleitung 11 wird hochgereinigter Wasserstoff, der mit Inertgas entsprechend der Lehre der Erfindung vermischt wird,in das Verdampfergefäß 7 eingeleitet. Dort vermischt sich der Wasserstoff mit der dampfförmigen Siliciumverbindung und wird zusammen mit ihr in das Reaktionsgefäß 1 eingeleitet. Die Zuführung von Wasserstoff und Inertgas kann entweder mittels einer gemeinsamen Zuleitung oder durch zwei verschiedene Zuleitungen erfolgen. Soll zu Beginn des Abscheideprozesses das Reaktionsgefäß und der darin befindliche Siliciumstab ausgeglüht werden, so empfiehlt es sich, zunächst nur Wasserstoff in die Apparatur einzulassen, da sich sonst bei Verwendung von Stickstoff als Inertgaszusatz Siliciumnitrid bilden könnte.the reaction vessel 1 arrives. The funnel 10 is provided for refilling the liquid silicon compound. Through the Feed line 11 is highly purified hydrogen, which is mixed with inert gas according to the teaching of the invention, into the Evaporator vessel 7 initiated. There the hydrogen mixes with the vaporous silicon compound and becomes together introduced into the reaction vessel 1 with it. The supply of hydrogen and inert gas can either be by means of a joint Supply line or through two different supply lines. Should the reaction vessel be used at the beginning of the deposition process and the silicon rod located therein is annealed, so it is advisable to initially only add hydrogen to the apparatus as otherwise silicon nitride could be formed when nitrogen is used as an inert gas additive.

In Pig. 2 ist eine andere Anordnung für das erfindungsgemäße Verfahren dargestellt. In einem Quarzgefäß 21 ist ein Heizer angeordnet, der an den Elektroden 25 und 33 befestigt ist und über die Klemmen 24 und 34 an eine Spannungsquelle angeschlossen ist» Auf dem Heizer 22 liegen scheibenförmige Trägerkörper 25 aus einkristallinem Silicium. Das Reaktionagefäß 21 ist wiederum über ein Ventil 26 mit einer Verdampfungseinrichtung ähnlich der in der oben beschriebenen Anordnung verbunden. Das Reaktionsgasgemisch wird in gleicher Weise, wie bei Fig. 1 beschrieben, erzeugt und in das Reaktionsgefäß eingeleitet. Zur Ableitung ist das Ventil 36 vorgesehen.In Pig. 2 shows another arrangement for the method according to the invention. A heater is located in a quartz vessel 21 arranged, which is attached to the electrodes 25 and 33 and connected via the terminals 24 and 34 to a voltage source is »On the heater 22 there are disc-shaped support bodies 25 made of monocrystalline silicon. The reaction vessel 21 is again via a valve 26 with an evaporation device connected similarly to that in the arrangement described above. The reaction gas mixture is generated in the same way as in FIG. 1 described, generated and introduced into the reaction vessel. The valve 36 is provided for discharge.

Bei einer Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung wird ein Gemisch von Silicochloroform und Wasserstoff mit einem Molverhältnis =0,2 verwendet. Das Molverhältnis Wasserstoff/Inertgas entspricht dabei dem Wert von 3,0. Bei dieser Zusammensetzung des Reaktionsgases wird der zur Abscheidung vorgesehene Träger auf ca. 1200° 0 beheizt. Wird Stickstoff als Inertgaszusatz verwendet, so soll eine Reaktionstemperatur voa 1200° 0 nicht überschritten werden. Bei Verwendung vorn Argon ist die Begrenzung des Temperaturbereiches weniger eng. Die Strömungsgeschwindigkeit des Reaktionsgases beträgt etwa 1000 l/H. Die Ausbeute beträgt bei dieser Ausführungsform des Verfahrens ungefähr 15 56· Das Molverhältnis Silicochloroform/ Wasserstoff kanm jedoch auf 2,0 vergrößert werden. In diesem Fall wird ein Mischungsverhältnis Wasserstoff/Stickstoff von 0,1In one embodiment of the method according to the invention, a mixture of silicochloroform and hydrogen is with a molar ratio = 0.2 is used. The hydrogen / inert gas molar ratio corresponds to the value of 3.0. With this composition of the reaction gas, it becomes the deposition intended carrier heated to approx. 1200 ° 0. If nitrogen is used as an inert gas additive, a reaction temperature should be used voa 1200 ° 0 must not be exceeded. When using argon, the limitation of the temperature range is less narrow. The flow rate of the reaction gas is about 1000 l / h. The yield in this embodiment is Process about 15 56 The molar ratio silicochloroform / However, hydrogen can be increased to 2.0. In this case, the hydrogen / nitrogen mixing ratio becomes 0.1

809813/1006 ropY 809813/1006 ropY

verwendet· Die ReaJfctionstemperatur beträgt ebenfalls 1200° 0 und darf bei Verwendung von Stickstoff als Inertgaszusatz nicht überschritten werden. Die Ausbeute beträgt hierbei 12 15 J*. Die Strömungsgeschwindigkeit ist etwa 500 l/Ö.used · The reaction temperature is also 1200 ° 0 and must not be exceeded when using nitrogen as an inert gas additive. The yield here is 12 15 J *. The flow rate is about 500 l / o.

Mitunter ist es zweckmäßig, das auf Siliciumstäben entsprechend Fig. 1 erhaltene Silicium durch Zonenschmelzen in die einkristalline Form überzuführen.Sometimes it is useful to do this on silicon rods accordingly Fig. 1 to convert silicon obtained by zone melting into the monocrystalline form.

6 Patentansprüche,
2 Figuren.
6 claims,
2 figures.

809813/1006809813/1006

Claims (2)

PatentansprücheClaims Verfahren zum pyrolytischen Abscheiden von kristallinem, vorzugsweise einkristallinem Silicium aus einem aus einer gasförmigen Silicium-Halogenverbindung, Wasserstoff und einem inerten Gas bestehenden Reaktionsgasgemisch auf einem erhitzten Siliciumkristall, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Reaktionsgasgemisch ein zwischen 0,1 und 3,0 liegendes molares Mischungsverhältnis von Wasserstoff zum Inertgas und ein im Bereich von 0,3 - 2,0 liegendes molares Mischungsverhältnis der Silicium-Halogenverbindung zum Wasserstoff eingestellt und aufrechterhalten wird.Process for the pyrolytic deposition of crystalline, preferably monocrystalline silicon from one of a gaseous silicon-halogen compound, hydrogen and one inert gas existing reaction gas mixture on a heated silicon crystal, characterized in that a molar between 0.1 and 3.0 in the reaction gas mixture Mixing ratio of hydrogen to inert gas and a molar mixing ratio in the range of 0.3 - 2.0 of the silicon-halogen compound to the hydrogen is adjusted and maintained. 2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Reaktionsgas ein Gemisch aus SiHOl, und Wasserstoff und als weitere Komponente ein Inertgas, ζ· Β. Stickstoff oder Argon, verwendet und in einer solchen Menge zugesetzt wird, daß das molare Mischungsverhältnis Wasserstoff/Inertgas zwischen 0,1 und 3,0 liegt·2.) The method according to claim 1, characterized in that as Reaction gas is a mixture of SiHOl and hydrogen and, as a further component, an inert gas, ζ · Β. Nitrogen or argon, used and added in such an amount that the molar mixing ratio hydrogen / inert gas between 0.1 and 3.0 is 3·) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Molverhältnis von SiHCl, und H2 auf 0,2, das Molverhältnis Hg/Inertgas auf 3*0 eingestellt und der für die Abscheidung vorgesehene Träger auf etwa 1200° C beheizt wird.3.) Process according to claim 2, characterized in that the molar ratio of SiHCl and H 2 is set to 0.2, the molar ratio of Hg / inert gas is set to 3 * 0 and the support provided for the deposition is heated to about 1200 ° C. 4·) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Molverhältnis von Silicochloroform/Wasserstoff auf 2,0, das Molverhältnis von Wasserstoff/Stickstoff auf 0,1 eingestellt und die Temperatur des zur Abscheidung vorgesehenen Trägers auf etwa 1200° 0 eingestellt wird.4 ·) Process according to claim 2, characterized in that the molar ratio of silicochloroform / hydrogen to 2.0, the Hydrogen / nitrogen molar ratio adjusted to 0.1 and the temperature of the substrate intended for deposition is adjusted to about 1200.degree. 5·) Verfahren nach einem der Ansprüohe 1-4» dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des zur Abscheidung vorgesehenen Trägere bei Verwendung von Stickstoff als Inertgaszueatz auf höchstens 1200° 0 eingestellt wird·5 ·) Method according to one of claims 1-4 »characterized in that the temperature of the carrier provided for deposition increases when nitrogen is used as the inert gas additive a maximum of 1200 ° 0 is set 6·) Verfahren mach eimern der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der für die Abscheidung vorgesehene Träger unmittelbar vor Beginn der Abscheidung in reinem Wasserstoff geglüht wird.6 ·) Method make buckets of claims 1-5, characterized in that the support provided for the deposition is annealed in pure hydrogen immediately before the start of the deposition will. «09813/1006«09813/1006
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