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DE2919086C2 - Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von hochreinem Silizium durch thermische Zersetzung von Tribromsilan - Google Patents

Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von hochreinem Silizium durch thermische Zersetzung von Tribromsilan

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Publication number
DE2919086C2
DE2919086C2 DE2919086A DE2919086A DE2919086C2 DE 2919086 C2 DE2919086 C2 DE 2919086C2 DE 2919086 A DE2919086 A DE 2919086A DE 2919086 A DE2919086 A DE 2919086A DE 2919086 C2 DE2919086 C2 DE 2919086C2
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DE
Germany
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silicon
tribromosilane
thermal decomposition
reaction vessel
continuous production
Prior art date
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DE2919086A
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DE2919086A1 (de
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Edward B. Capistrano Beach Calif. Moore
Lloyd M. Carlsbad Calif. Woerner
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Jc Schumacher Co Oceanside Calif Us
Original Assignee
Jc Schumacher Co Oceanside Calif Us
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    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/02Silicon

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft die kontinuierlicne Herstellung von Silizium durch thermische Zersetzung von Tribromsilan bei Temperaturen von 700UC bis 850° C unter Abscheidung von Silizium auf einem Siliziumträger.
In der DE-AS 10 47 181 wird ein Verfahren zur Herstellung von kristallinem Reinstsilizium durch Erhitzen von Siliziumhalogeniden oder Siliziumhalogenwasserstoffverbindungen beschrieben, bei dem die Ausgangsverbindungen in einem Reaktionsgefäß an einer Stelle auf eine Temperatur von Rotglut bis 1400° C erhitzt und gleichzeitig in deren Nähe Nebenprodukte und Verunreinigungen mittels flüssiger Ausgangsprodukte und sonstiger Siliziumhalogenide, die sich an gekühlten Stellen des Reaktionsgefäßes niederschlagen, aus dem Reaktionsgefäß kontinuierlich entfernt werden. Diese erhitzte Stelle kann sich an der Wandung des Reaktionsgefäßes oder an einem waagerecht oder senkrecht angeordneten Rohr, Stab oder anders ausgebildeten Formling aus Silizium, Siliziumdioxid, Siliziumcarbid oder anderem Metallcarbid befinden. Für die Zerlegung von Tribromsilan werden Erhitzungstemperaturen von 850° C bis 1030° C vorgeschlagen, wobei nach einem praktischen Beispiel bei 1015°C ein verhältnismäßig geringer Umsatz von Tribromsilan in Silizium stattfindet. Der Anteil der Nebenprodukte überwiegt hier bei weitem.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Silizium hoher Reinheit anzugeben, das bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen mit hohen Ausbeuten an Silizium durch thermische Zersetzung von Tribromsilan durchführbar ist und das außerdem mit einem vorgeschalteten Verfahren zur Herstellung des Tribromsilans innerhalb eines geschlossenen Kreislaufes verbunden werden kann. Dies bedeutet gleichzeitig, daß die thermische Zersetzung ohne störende Nebenprodukte ablaufen muß.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird das in Patentanspruch 1 angegebene Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von hochreinem Silizium durch thermische Zersetzung von Tribromsilan bei Temperaturen von 700°C bis 850°C und Abscheidung von Silizium auf einem Siliziumträger vorgeschlagen, bei dem das Tribromsilan in ein Reaktionsgefäß mit einem Bett aus beweglichen Siliziumteilchen geleitet und unter Abscheidung auf den Trägerteilchen thermisch zerlegt und die Wandung des Reaktionsgefäßes auf einer Temperatur oberhalb 900°C gehalten wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf der direkten thermischen Zerlegung von Tribromsilan bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen. Die Ansammlung von Silizium an den Wänden des Reaktionsgefäßes wird dadurch verhindert, daß eine Temperaturdifferenz zwischen der Bettschicht und den sie umgebenden Wänden aufrechterhalten wird, so daß die niedrigste Temperatur der Wandungen oberhalb des Temperaturschwellenwertes liegt, bei dem unter den Bedingungen des Verfahrens eine Abscheidung von Silizium stattfindet.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist bei niedrigen
ίο Temperaturen im geschlossenen Kreislauf durchführbar, im Gegensatz zu bekannten Hochtemperatur-Verfahren, die nicht im geschlossenen Kreislauf durchgeführt werden können. Die bekannten Verfahrer·, erfordern wegen des hohen Energieaufwandes und der notwendigen Entlagerung korrodierender und gefährlicher Nebenprodukte außerdem höhere Betriebskosten. Durch die Integrierbarkeit in einen »geschlossenen Kreislauf« ist das erfindungsgemäße Verfahren wirtschaftlich durchführbar, denn es ergibt praktisch keine Nebenprodukte, die nicht zur Wiederverwendung zurückgeführt werden können.
Im erfindungsgemäßen Verfahren wird Silizium aus der thermischen Tribromsilan-Zerlegung als ein Gemisch aus einem homogen angesammelten feinen PuI-ver und einem heterogen gewachsenen Silizium auf den fließfähigen oder beweglichen Betteilchen im Reaktionsgefäß erhalten. Das Verhältnis von homogener zu heterogener Ansammlung hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie Temperatur und Druck bei der Zerlegung. Größenverteilung der Teilchen der Bettschicht, Oberflächen-Vorbehandlung, Fließgeschwindigkeit der Bettschicht, Relativgeschwindigkeit von Dampf und Teilchen, Tiefe des Bettes und Verweilzeit.
Es ist wichtig, das Verhältnis von homogener zu heterogener Keimbildung zu steuern, um (1) eine sich selbst unterhaltende Bettschicht zu erzeugen, bei der Trägerteilchen an Ort und Stelle wachsen, statt aus dem Produkt in einem getrennten Vorgang erzeugt zu werden, und (2) Wirkungsgrad und Geschwindigkeit der Um-Wandlung auf möglichst hohe Werte zu bringen. Wirkungsgrade von mehr als 80—90% der theoretischen Werte werden bei der Umwandlung erzielt.
Beim Verfahren wird die Wandtemperatur des Reaktionsgefäßes auf Temperaturen über 900° C gehalten, wohingegen die Temperatur der Bettschicht beispielsweise zwischen 7000C und 800°C gehalten wird. Dadurch werden Abscheidungen an den Wänden und eine Verstopfung des Reaktionsgefäßes vermieden. In den meisten Reaktionsgefäßen mit fließfähigen oder bewegliehen Bettschichten wird die Reaktionswärme für endotherme chemische Reaktionen durch Erhitzen der Gefäßwände erhalten, die mit Gas oder Heizwiderständen, induktiver Beheizung oder anderen Einrichtungen erhitztwerden.
Abscheidungen an den Wandungen werden beim erfindungsgemäßen Verfahren dadurch vermieden, daß die Wandtemperatur bei Werten oberhalb 900° C bis 10000C gehalten wird, wohingegen die Temperatur der Bettschicht im Bereich von 700°C bis 850°C gehalten wird, was auch zur maximalen Abscheidungsrate des Siliziums und zur höchsten Ausbeute führt.
Beispiel
Ein Gasstrom aus Argon und Tribromsilan mit einer Zusammensetzung von 7,7 Mol Argon pro Mol Tribromsilan wurde in ein Reaktionsgefäß mit einer fließfähigen Bettschicht geleitet. Das Argon ist zwar nicht we-
sentlich für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, es diente aber im vorliegenden Fall als Träger für das Tribromsilan und zum Aufrechterhalten der Fließbettschichi aus Silizium-Teilchen innerhalb des Reaktionsgefäßes. Die Silizium-Teilchen halten eine Grö-Be entsprechend einer Siebmaschenweite von 0.297 mm; das Gesamtgewicht der Schicht betrug zu Beginn der Reaktion 258 g. Die Schicht wurde bei der Reaktion auf einer Temperatur von 78b°C—800°C gehalten, κι
Insgesamt wurden 1.57 Mol Tribromsilan in das Reaktionsgefäß bei einem Herstellungsvorgang eingebracht. Nach der Entnahme der Silizium-Teilchen am Ende der Reaktion zeigte sich, daß die Schicht ein Gewicht von 268,1 g hatte, entsprechend einen Gewichtszuwachs von 10,1 g. Dies entspricht einer Ausbeute von 91% aufgrund der Zerlegungsreaktion
4 HSiBr3 — Si + 3 SiBr4 + 2 H2.
20
25
45
55
b0

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von hochreinem Silizium durch thermische Zersetzung von Tribromsilan bei Temperaturen von 7000C bis 850° C und Abscheidung von Silizium auf einem SiIiziuniträger, dadurch gekennzeichnet, daß Tribromsilan in ein Reaktionsgefäß mit einem Bett aus beweglichen Silizkimteilen geleitet und unter Abscheidung auf den Trägerteilchen thermisch zerlegt wird, und daß die Wandung des Reaktionsgefäßes auf einer Temperatur oberhalb 900° C gehalten wird.
DE2919086A 1978-08-18 1979-05-11 Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von hochreinem Silizium durch thermische Zersetzung von Tribromsilan Expired DE2919086C2 (de)

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