JPH07226384A - Reactor for chemical vapor deposition of semiconductor grade silicon - Google Patents
Reactor for chemical vapor deposition of semiconductor grade siliconInfo
- Publication number
- JPH07226384A JPH07226384A JP1323795A JP1323795A JPH07226384A JP H07226384 A JPH07226384 A JP H07226384A JP 1323795 A JP1323795 A JP 1323795A JP 1323795 A JP1323795 A JP 1323795A JP H07226384 A JPH07226384 A JP H07226384A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- silicon
- reactor
- reaction chamber
- heated
- elements
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/02—Elements
- C30B29/06—Silicon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
- C01B33/02—Silicon
- C01B33/021—Preparation
- C01B33/027—Preparation by decomposition or reduction of gaseous or vaporised silicon compounds other than silica or silica-containing material
- C01B33/035—Preparation by decomposition or reduction of gaseous or vaporised silicon compounds other than silica or silica-containing material by decomposition or reduction of gaseous or vaporised silicon compounds in the presence of heated filaments of silicon, carbon or a refractory metal, e.g. tantalum or tungsten, or in the presence of heated silicon rods on which the formed silicon is deposited, a silicon rod being obtained, e.g. Siemens process
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/4418—Methods for making free-standing articles
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
- C30B25/08—Reaction chambers; Selection of materials therefor
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32431—Constructional details of the reactor
- H01J37/32458—Vessel
- H01J37/32522—Temperature
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、加熱したシリコン素子
の上にクロロシランを化学蒸着することによって半導体
グレード・シリコンを製造する優れた反応器である。該
反応器は、反応器内の熱交換要素を配置して他の加熱シ
リコン素子から放出される放射熱から加熱シリコン素子
を実質的に遮蔽することなく混合平均ガス温度を下げる
ことを特徴とする。混合平均ガス温度の低下は、反応器
内のシリコンの有害な均一核生成を減少させて反応器の
運転効率を高める。FIELD OF THE INVENTION The present invention is an excellent reactor for producing semiconductor grade silicon by chemical vapor deposition of chlorosilane on a heated silicon device. The reactor is characterized by arranging a heat exchange element within the reactor to reduce the mixed average gas temperature without substantially shielding the heated silicon element from radiant heat emitted from other heated silicon elements. . Reducing the mixed mean gas temperature reduces harmful homogeneous nucleation of silicon in the reactor and increases the operating efficiency of the reactor.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体グレードのシリコンの製造は、典
型的に加熱シリコン素子上に高純度のシラン又はハロシ
ランを化学蒸着(CVD)によって行なわれる。かかる
方法は、技術的に周知であって、米国特許−A3,05
3,638;3,147,141;3,099,53
4;4,150,168および4,173,944号明
細書に記載されている。CVD法は、加熱素子、典型的
に加熱シリコン素子を反応器に供給されるシラン又はハ
ロシランの分解温度以上に加熱する必要がある。加熱素
子上にシリコンが不均一に蒸着されると、加熱素子は表
面積を増して該素子からの放射熱を増す。加熱素子間の
放射熱の伝達は、素子に電流を通して必要な温度に保持
しなければならない。電流の量を下げるから、CVD反
応器の効率的運転に重要である。BACKGROUND OF THE INVENTION The manufacture of semiconductor grade silicon is typically performed by chemical vapor deposition (CVD) of high purity silane or halosilane on a heated silicon device. Such methods are well known in the art and are described in US Pat.
3,638; 3,147,141; 3,099,53
4; 4,150,168 and 4,173,944. The CVD method requires heating a heating element, typically a heated silicon element, above the decomposition temperature of the silane or halosilane fed to the reactor. When the silicon is non-uniformly deposited on the heating element, the heating element increases the surface area and increases the radiant heat from the element. Radiant heat transfer between the heating elements must be maintained at the required temperature by passing current through the elements. It is important for efficient operation of the CVD reactor as it reduces the amount of current.
【0003】しかしながら、素子から放出される対流熱
は反応器の混合平均ガス温度を高くする。反応器の混合
平均ガス温度が臨界温度達すると、均一(又は等)核生
成によるシリコンの生成が反応器内で生じる。等核生成
プロセスによって形成されたシリコンダストは反応器壁
を被覆して絶縁材料の役目をし、混合平均ガス温度を上
昇させ続ける。この反応器混合平均ガス温度上昇の結
果、均一核生成、さらにシリコンダストの生成が増す。
このシリコンダストは典型的に高水準の汚染物質を含
み、生成物の半導体シリコン上に沈降して、許容できな
い汚染物質水準および表面欠陥をもたらす。However, the convective heat released from the device raises the mixed mean gas temperature of the reactor. When the mixed average gas temperature of the reactor reaches a critical temperature, uniform (or equal) nucleation of silicon occurs in the reactor. The silicon dust formed by the homonucleation process coats the reactor walls and acts as an insulating material, continuing to raise the mixed average gas temperature. As a result of this increase in reactor mixed average gas temperature, uniform nucleation and further silicon dust formation are increased.
This silicon dust typically contains high levels of contaminants that settle on the product semiconductor silicon, resulting in unacceptable contaminant levels and surface defects.
【0004】均一(又は等)核生成によって形成される
シリコンダストに伴う問題点を防ぐためには、典型的に
運転の過程中に形成するシリコン素子への電力を下げ
る、又は反応器へ供給するシラン又はハロシランのモル
%を下げる必要がある。これら改善策のいずれもシリコ
ンの不均一生成を減少させて低効率の反応器にさせる。In order to prevent problems associated with silicon dust formed by uniform (or equivalent) nucleation, silane is typically powered down during the course of operation, or silane supplied to the reactor. Alternatively, it is necessary to reduce the mol% of halosilane. Both of these improvements reduce the heterogeneous production of silicon to a low efficiency reactor.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、加熱シリコ
ン素子の上にクロロシランガスを蒸着させるCVD反応
器を導入する。反応器内に熱交換要素を設置することを
特徴とする。この熱交換要素は、他の加熱シリコン素子
から放出される放射熱から加熱シリコン素子を実質的に
遮蔽しないようなサイズおよび設計のものである。熱交
換要素は混合ガスから対流熱を除去する作用をし、それ
によって混合ガスの温度を下げると共に反応器における
シリコンダストの等核生成を減少させる。反応器におけ
るシリコンダストの減少によって、反応器は、高シリコ
ン素子温度および高モル%のクロロシラン供給ガスで長
時間操業することができる。これは、操業期間に対して
反応器から高収率の半導体グレード・シリコンを与え
る。The present invention introduces a CVD reactor that deposits chlorosilane gas on a heated silicon device. It is characterized in that a heat exchange element is installed in the reactor. The heat exchange element is sized and designed to not substantially shield the heated silicon element from radiant heat emitted from other heated silicon elements. The heat exchange element acts to remove convective heat from the gas mixture, thereby lowering the temperature of the gas mixture and reducing homonuclear formation of silicon dust in the reactor. The reduction of silicon dust in the reactor allows the reactor to operate for long periods at high silicon device temperatures and high mol% chlorosilane feed gas. This gives a high yield of semiconductor grade silicon from the reactor over the operating period.
【0006】米国特許−A第4,150,168号に、
加熱シリコン素子の上にシラン(SiH4 )を蒸着させ
るCVD法が教示されている。それは、原理的に浮遊帯
処理に適当な均一形状のシリコン素子を提供するもので
ある。それは、熱絶縁体を使用して反応器内のシリコン
素子の各々を他のシリコン素子によって放出される放射
熱から隔離することを記載している。ロッドの各々の熱
遮蔽はより均一なロッド温度を与え、その結果より均一
なロッド成長をさせるということが報告されている。ま
た、それはクロロシランのようなハロシランの熱分解に
おいては観察できないシランの高温熱分解反応、すなわ
ち等核生成が生じることも教示している。そしてこの等
核生成プロセスはそれらの熱絶縁体を使用することによ
って減少できることも報告している。US Pat. No. 4,150,168,
A CVD method is taught to deposit silane (SiH 4 ) on a heated silicon device. In principle, it provides a uniformly shaped silicon device suitable for floating zone processing. It describes the use of thermal insulators to isolate each of the silicon elements in the reactor from radiant heat emitted by other silicon elements. It has been reported that the thermal shielding of each of the rods provides a more uniform rod temperature, resulting in more uniform rod growth. It also teaches that high temperature pyrolysis reactions of silanes, i.e. homonuclear formation, occur which are not observed in the pyrolysis of halosilanes such as chlorosilanes. It also reports that this homonucleation process can be reduced by using those thermal insulators.
【0007】この文献は、等核生成によるシリコンの生
成はクロロシランの蒸着用CVD反応器では生じないこ
とを教示しているが、我々はこれはその事例でないこと
を見出した。我々は、加熱シリコン素子上でのクロロシ
ランの熱分解用CVD反応器の混合平均ガス温度が臨界
温度に達する。等核生成によって形成されたシリコンダ
ストが反応器の動作(性能)悪影響を与えるということ
を見出した。従来技術の教示とは対照的に、この等核生
成プロセスを低減させるために他の加熱シリコン素子に
よって放出される放射熱からそれぞれのシリコン素子を
完全に遮蔽する必要がない。Although this document teaches that the production of silicon by homonucleation does not occur in a CVD reactor for vapor deposition of chlorosilanes, we have found that this is not the case. We have reached the critical temperature for the mixed average gas temperature of the CVD reactor for the thermal decomposition of chlorosilanes on heated silicon devices. It was found that the silicon dust formed by homonucleation adversely affects the operation (performance) of the reactor. In contrast to the teachings of the prior art, it is not necessary to completely shield each silicon element from the radiant heat emitted by other heated silicon elements in order to reduce this homonucleation process.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】我々は、加熱シリコン素
子から放出される放射熱から加熱シリコン素子を完全に
遮蔽することなく、混合平均ガス温度を下げるためにC
VD反応器内に熱交換要素を配置できることを見出し
た。We have found that in order to lower the mixed average gas temperature without completely shielding the heated silicon element from the radiant heat emitted from the heated silicon element, C
It has been found that a heat exchange element can be placed in the VD reactor.
【0009】本発明により、基部(1)と、該基部上に
配置されて反応室内に配置される複数の加熱シリコン素
子(7)の上に式ClnSiH4−n〔nは1、2、3
または4である〕によって表わされるクロロシランと水
素からなるガス状混合体からシリコンを化学蒸着させる
のに適した反応室を形成する容器(8)からなり、前記
反応室内に外部から冷却する熱伝達要素(12)を配置
して、加熱シリコン素子(7)から放出される放射熱か
ら複数の加熱シリコン素子(7)を実質的に遮蔽するこ
となく反応室に存在する混合ガスの温度を下げることを
特徴とする実質的に密閉された半導体グレード・シリコ
ンの化学蒸着用反応器が提供される。According to the present invention, the formula Cl n SiH 4-n [n is 1, 2 or more is provided on the base (1) and a plurality of heated silicon elements (7) arranged on the base and arranged in the reaction chamber. Three
Or 4], which comprises a vessel (8) forming a reaction chamber suitable for chemical vapor deposition of silicon from a gaseous mixture of chlorosilane and hydrogen, and a heat transfer element for externally cooling the reaction chamber. (12) is arranged to reduce the temperature of the mixed gas present in the reaction chamber without substantially shielding the plurality of heated silicon elements (7) from the radiant heat emitted from the heated silicon elements (7). A substantially sealed semiconductor grade silicon chemical vapor deposition reactor is provided.
【0010】熱交換要素配置の利点は、(1)混合ガス
からの対流熱を除去して等核生成によるシリコンダスト
の生成を低減できること、および(2)シリコン素子が
各素子から放出される放射熱から実質的に遮蔽されない
から、個々のシリコン素子への電流を少なくできること
である。The advantages of the heat exchange element arrangement are: (1) the convective heat from the mixed gas can be removed to reduce the production of silicon dust by homonucleation, and (2) the radiation emitted by each silicon element from each element. It is possible to reduce the current to the individual silicon elements, since they are not substantially shielded from heat.
【0011】[0011]
【実施例】図1は加熱ケイ素素子上にクロロシランを化
学蒸着させるのに有用な典型的反応器の略図であり、該
反応器は熱交換要素を内部に配置している。加熱素子上
にシランおよびクロロシランを化学蒸着する反応器は技
術的に周知であって、本発明の熱交換要素をかかる反応
器に使用して加熱シリコン素子上にクロロシランを蒸着
して半導体シリコンを生成できることが期待される。か
かる反応器は米国特許A−3,053,638;3,1
47,141;3,099,534;4,150,16
8および4,173,944号明細書に記載されてい
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT FIG. 1 is a schematic diagram of a typical reactor useful for chemical vapor deposition of chlorosilanes on heated silicon devices, the reactor having heat exchange elements disposed therein. Reactors for chemical vapor deposition of silane and chlorosilane on heating elements are well known in the art, and the heat exchange elements of the present invention are used in such reactors to deposit chlorosilane on heated silicon elements to produce semiconducting silicon. Expected to be possible. Such a reactor is described in U.S. Pat. No. 3,053,638; 3,1.
47,141; 3,099,534; 4,150,16
8 and 4,173,944.
【0012】図1の反応器は基板1からなる。基板1は
その中に流路を配置し入口パイプ2と出口パイプ3を有
して基板1に冷却剤を循環させる。基板1には、水素お
よびクロロシランガスが別々に又は混合体として供給さ
れる供給ノズル4も配置されている。供給ノズルは基板
に配置された2つに限定されず、反応器の適当な場所に
複数個配置することができる。基板1は蒸着プロセス中
に発生されるガスを除去する排気口5を含む。基板1
は、シリコン素子7に電流を供給してシリコン素子7を
加熱する手段を提供するコネクタ6を含む。基板1が複
数のコネクタを有して反応器内の複数のシリコン素子7
を加熱できることがわかる。The reactor of FIG. 1 comprises a substrate 1. The substrate 1 has a flow path arranged therein and has an inlet pipe 2 and an outlet pipe 3 to circulate a coolant through the substrate 1. A supply nozzle 4 for supplying hydrogen and chlorosilane gas separately or as a mixture is also arranged on the substrate 1. The number of supply nozzles is not limited to two provided on the substrate, and a plurality of supply nozzles can be provided at an appropriate place in the reactor. The substrate 1 includes an exhaust port 5 that removes the gas generated during the deposition process. Board 1
Includes a connector 6 that provides a means of supplying current to the silicon element 7 to heat it. Substrate 1 has a plurality of connectors and a plurality of silicon elements 7 in the reactor.
It turns out that can be heated.
【0013】基板1の上に容器8が配置される。容器8
は基板1に接触固定されて実質的に密閉された反応器を
形成する。「実質的に密閉された反応器」とは、基板1
の容器8との接触が反応器を非大気圧下にさせるのに十
分であることを意味する。一般に、反応器からのガスの
漏れを最小にさせるために基板1を容器8に対してシー
ルさせることが望ましい。望ましい設計において、容器
8は冷却流路を容器壁間に設けた二重壁である。入口ポ
ート9と出口ポート10は冷却剤を容器の冷却流路に通
す手段を提供する。容器壁は観察窓11がある。容器は
図示のように3つの観察窓に限定されず、窓のない場
合、又は反応器の内部を監視するのに必要な多くの窓を
含みうる。観察窓11は、反応器の熱に耐えることがで
き、かつ中で生成される半導体シリコンの汚染をさせな
い透明な材料で作ることができる。容器8の中心部には
熱交換要素12が取り付けられている。図1の熱交換要
素12は内室と外室を作る2本の同心配列管からなる。
入口ポート13は冷却剤を内流路にポンプで送り下方へ
流通させ、外流路へ送って出口ポート14から排出させ
る。反応器における熱交換要素の場所は重要ではなく
て、シリコン素子から放出される放射熱から複数のシリ
コン素子7を実質的に遮蔽することなく、反応器内の混
合ガスと接触させる位置であれば全て可能である。別の
配置では、熱交換要素12を基板1に取り付けることが
できる。A container 8 is placed on the substrate 1. Container 8
Are fixed in contact with the substrate 1 to form a substantially sealed reactor. The “substantially sealed reactor” means the substrate 1
It means that the contact with the vessel 8 in the above is sufficient to bring the reactor under non-atmospheric pressure. Generally, it is desirable to seal the substrate 1 to the vessel 8 to minimize gas leakage from the reactor. In the preferred design, the container 8 is a double wall with cooling channels between the walls of the container. Inlet port 9 and outlet port 10 provide a means for passing coolant through the cooling flow path of the container. The container wall has an observation window 11. The vessel is not limited to the three viewing windows as shown, and may include as many windows as are required without the windows or to monitor the interior of the reactor. The viewing window 11 can be made of a transparent material that can withstand the heat of the reactor and does not contaminate the semiconductor silicon produced therein. A heat exchange element 12 is attached to the center of the container 8. The heat exchange element 12 of FIG. 1 consists of two concentric tubes that form an inner chamber and an outer chamber.
The inlet port 13 pumps the coolant to the inner flow passage to circulate downward, and to the outer flow passage to discharge it from the outlet port 14. The location of the heat exchange element in the reactor is not critical, as long as it is in contact with the gas mixture in the reactor without substantially shielding the plurality of silicon elements 7 from radiant heat emitted from the silicon elements. Everything is possible. In another arrangement, the heat exchange element 12 can be attached to the substrate 1.
【0014】図2は熱交換要素12の有用な構成の横断
面図である。図2の熱交換要素は、内流路と外流路を作
り冷却流体を循環できる2本の同心配置の管からなる。
熱交換要素12の回りには複数のシリコン素子7が配列
される。熱交換要素12と複数のシリコン素子7は、冷
却用流体を循環させる室を内蔵する容器壁8によって囲
まれる。FIG. 2 is a cross-sectional view of a useful configuration of heat exchange element 12. The heat exchange element of FIG. 2 is composed of two concentric tubes that form an inner flow path and an outer flow path and can circulate a cooling fluid.
A plurality of silicon elements 7 are arranged around the heat exchange element 12. The heat exchange element 12 and the plurality of silicon elements 7 are surrounded by a container wall 8 containing a chamber for circulating a cooling fluid.
【0015】図3は熱交換要素12のさらに望ましい構
成の横断面図である。図3において、熱交換要素12は
二重壁の4つのフインによって囲まれた内管状流路から
なる。該二重壁は冷却剤を流通させることができるフイ
ン内に流路を提供する。内管状流路はフイン内の流路に
接続され、それによって冷却剤を流通させることができ
る連続流路を作る。当業者は、図3に示した熱交換要素
12は4つのフインに限定されず、適当な複数個のフイ
ンを含むことがわかる。図3に示した熱交換要素の回り
に複数のシリコン素子7が配置される。図3における熱
交換要素12と複数のシリコン素子7は、冷却用流体を
循環させる室を内蔵する容器壁8によって囲まれる。FIG. 3 is a cross-sectional view of a more desirable configuration of heat exchange element 12. In FIG. 3, the heat exchange element 12 consists of an inner tubular channel surrounded by four double-walled fins. The double wall provides a channel within the fin that allows the coolant to flow therethrough. The inner tubular channel is connected to the channel in the fin, thereby creating a continuous channel through which the coolant can flow. Those skilled in the art will appreciate that the heat exchanging element 12 shown in FIG. 3 is not limited to four fins and may include any suitable number of fins. A plurality of silicon elements 7 are arranged around the heat exchange element shown in FIG. The heat exchange element 12 and the plurality of silicon elements 7 in FIG. 3 are surrounded by a container wall 8 containing a chamber for circulating a cooling fluid.
【0016】実施において本発明は、室内に配置された
複数の加熱シリコン素子上に式ClnSiH4−n〔n
=1、2、3又は4〕によって示されるクロロシランと
水素からなるガス状混合体からシリコンを化学蒸着させ
るのに適当な室を形成する容器からなる実質的に密閉さ
れた反応器に関する。本発明の反応器は、他のシリコン
素子から放出される放射熱から複数の加熱シリコン素子
を実質的に遮蔽することなく室内に存在する混合ガスの
温度を下げるために、室内に配置された外部から冷却さ
れる熱伝達要素からなる。In practice, the present invention provides the formula Cl n SiH 4-n [n on a plurality of heated silicon elements placed indoors.
= 1, 2, 3 or 4]. A substantially sealed reactor comprising a vessel forming a suitable chamber for the chemical vapor deposition of silicon from a gaseous mixture of chlorosilane and hydrogen. The reactor of the present invention is designed to reduce the temperature of a mixed gas existing in a room without substantially shielding the plurality of heated silicon elements from radiant heat emitted from other silicon elements. It consists of heat transfer elements that are cooled from.
【0017】加熱シリコン素子上にシリコンを化学蒸着
させる実質的に密閉され反応器は、既に議論した技術に
記載されている。かかる有用な反応器の略図を図1に示
す。「実質的に密閉される反応器」とは、反応器が非大
気圧条件下で操業させるべく十分に密閉されることを意
味する。一般に、ガスが反応器から漏れるのを最小にす
べく反応器をシールすることが望ましい。Substantially enclosed reactors for chemical vapor deposition of silicon on heated silicon devices have been described in the techniques discussed above. A schematic of such a useful reactor is shown in FIG. By "substantially sealed reactor" is meant that the reactor is sufficiently sealed to operate under non-atmospheric pressure conditions. It is generally desirable to seal the reactor to minimize gas leakage from the reactor.
【0018】本発明の機能は、複数の加熱シリコン素子
をシリコン素子から放出さる放射熱から実質的に遮蔽す
ることなく混合ガスから対流熱を除去することによって
反応器の効率を改善することである。従って、外部から
冷却される熱伝達要素は、反応器内の対流熱伝達領域
(面積)を効果的に増す設計にすることができる。かか
る設計は図1に示され、熱伝達要素は熱伝達媒体を循環
させる内穴と外穴を作る2本の同心配列管からなる。望
ましい熱伝達要素の例は図3に示され、熱伝達流体を循
環させる穴を有する4つのフインによって囲まれた内穴
からなる。図3に示した望ましい熱伝達要素は4つのフ
インに限定されなくて、多数のフインを有しうる。The function of the present invention is to improve reactor efficiency by removing convective heat from the gas mixture without substantially shielding the plurality of heated silicon elements from the radiant heat emitted from the silicon elements. . Thus, externally cooled heat transfer elements can be designed to effectively increase the convective heat transfer area within the reactor. Such a design is shown in FIG. 1, where the heat transfer element consists of two concentric tubes forming an inner hole and an outer hole for circulating the heat transfer medium. An example of a preferred heat transfer element is shown in FIG. 3 and consists of an inner hole surrounded by four fins having holes for circulating heat transfer fluid. The preferred heat transfer element shown in FIG. 3 is not limited to four fins and can have multiple fins.
【0019】その熱伝達要素は、反応器室に配置された
とき複数の加熱シリコン素子をシリコン素子から放出さ
れる放射熱から実質的に遮蔽しないように設計する。
「実質的に遮蔽」とは、加熱シリコン素子から放出され
る放射熱の50%以下、望ましくは20%以下が反応器
における他の加熱シリコン素子との接触から遮蔽される
ことを意味する。かかる熱伝達要素およびそれらの位置
の例を図1、図2および図3を示す。The heat transfer element is designed such that when placed in the reactor chamber, the plurality of heated silicon elements does not substantially shield the radiant heat emitted from the silicon elements.
By "substantially shielded" is meant that 50% or less, preferably 20% or less, of the radiant heat emitted from the heated silicon element is shielded from contact with other heated silicon elements in the reactor. Examples of such heat transfer elements and their positions are shown in FIGS. 1, 2 and 3.
【0020】反応器室内の熱伝達要素の場所は、混合ガ
スと接触させて、複数の加熱シリコン素子をシリコン素
子から放出される放射熱から実質的に遮蔽しない場所に
することができる。熱伝達要素は図1に示したように反
応容器壁から吊るす、又は反応器の基板上に載置するこ
とができる。熱伝達要素は反応器内に同心的に配置する
こともできる。その反応器は、熱伝達要素が集合的にシ
リコン素子から放出される放射熱から加熱されたシリコ
ン素子を実質的に遮蔽しない限り、1つ以上の熱伝達要
素を含むことができる。The location of the heat transfer element in the reactor chamber can be such that it is in contact with the gas mixture and does not substantially shield the plurality of heated silicon elements from the radiant heat emitted by the silicon elements. The heat transfer element can be hung from the reaction vessel wall as shown in FIG. 1 or mounted on the substrate of the reactor. The heat transfer elements can also be arranged concentrically within the reactor. The reactor can include one or more heat transfer elements as long as the heat transfer elements do not substantially shield the heated silicon elements from the radiant heat emitted from the silicon elements.
【0021】熱伝達要素は外的に冷却される。外的冷却
は、適当な熱伝達媒体を熱交換器内の1つ以上の流路又
は穴に流通させることによって達成される。かかる熱伝
達媒体はポリジメチルシロキサン流体、水およびガス状
冷却剤を含むが、ポリジメチルシロキサン流体が望まし
い。The heat transfer element is externally cooled. External cooling is achieved by passing a suitable heat transfer medium through one or more channels or holes in the heat exchanger. Such heat transfer media include polydimethylsiloxane fluid, water and gaseous coolant, with polydimethylsiloxane fluid being preferred.
【0022】熱伝達要素は、半導体ブレードのシリコン
を生成させるために加熱シリコン素子上でのクロロシラ
ンの熱分解に使用する化学蒸着反応器を作るのに適した
通常の材料、例えば、高炭素鋼で作ることができる。The heat transfer element is a conventional material suitable for making a chemical vapor deposition reactor used for the pyrolysis of chlorosilanes on heated silicon elements to produce silicon for semiconductor blades, such as high carbon steel. Can be made.
【0023】実質的に密閉される本反応器は複数の加熱
シリコン素子を含み、2つ以上の加熱シリコン要素を含
まなければならないが、その上限の数は特定の反応器の
設計によって限定される。The substantially enclosed reactor comprises a plurality of heated silicon elements and must contain more than one heated silicon element, the upper limit of which is limited by the particular reactor design. .
【0024】実質的に密閉された本反応器は、複数の加
熱シリコン素子上に式ClnSiH4−n(n=1、
2、3又は4)によって示されるクロロシランと水素か
らなるガス混合体の化学蒸着に使用される。望ましいク
ロロシランはテトラクロロシランである。一般に、水素
ガスは、クロロシランの熱分解中にクロロシランから遊
離される塩素に対して過剰モルで反応器へ供給する。水
素ガスは反応器へ供給されるクロロシランに対するキヤ
リヤーガスおよび希釈ガスとして使用する。The present reactor, which is substantially sealed, has the formula Cl n SiH 4-n (n = 1,
It is used in the chemical vapor deposition of a gas mixture consisting of chlorosilane and hydrogen represented by 2, 3 or 4). The preferred chlorosilane is tetrachlorosilane. Generally, hydrogen gas is fed to the reactor in molar excess with respect to the chlorine liberated from the chlorosilane during the pyrolysis of the chlorosilane. Hydrogen gas is used as a carrier gas and a diluent gas for the chlorosilane fed to the reactor.
【0025】熱伝達要素の熱伝達容量は、標準の熱力学
的考慮事項、例えば、熱伝達要素の表面積、構成材料の
熱伝導率、熱伝達媒体の温度および熱容量によって決ま
る。一般に、反応器ガスの内部温度は特定のクロロシラ
ンが製造プロセスに有害な等核生成によって多量のシリ
コンを形成する温度以下に保つことが望ましい。この温
度は特定のクロロシランおよび用いる反応器に依存す
る。The heat transfer capacity of the heat transfer element is determined by standard thermodynamic considerations such as the surface area of the heat transfer element, the thermal conductivity of the constituent materials, the temperature and heat capacity of the heat transfer medium. In general, it is desirable to keep the internal temperature of the reactor gas below the temperature at which the particular chlorosilanes form large amounts of silicon by homonuclear formation that is detrimental to the manufacturing process. This temperature depends on the particular chlorosilane and the reactor used.
【0026】本発明は、シリコン融液からシリコン単結
晶引き上げるチヨクラルスキー法のような方法に使用さ
れる半導体グレード・シリコンの製造に特に有用であ
る。「半導体グレード・シリコン」とは、一般に99.
9重量%以上のシリコンである材料を意味する。The present invention is particularly useful in the manufacture of semiconductor grade silicon for use in processes such as the Czochralski method of pulling a silicon single crystal from a silicon melt. "Semiconductor grade silicon" generally means 99.
It means a material that is 9% by weight or more of silicon.
【0027】次の実施例は本発明の利点を示すために提
供する。The following example is provided to demonstrate the advantages of the invention.
【0028】例1 トリクロロシランの化学蒸着用工業反応器に配置した熱
交換要素の作用効果を検討した。 Example 1 The working effect of a heat exchange element placed in an industrial reactor for chemical vapor deposition of trichlorosilane was investigated.
【0029】その反応器は図1に示したものに似た複数
のシリコン素子を含有する従来設計のものであった。反
応器への供給材料は水素とトリクロロシランの混合体で
あった。シリコン素子の初期温度は1060℃、そして
この温度を実験期間に渡って徐々に965℃に下げた。
ベースラインの実験は熱交換要素を用いることなく行っ
た。ベースラインの実験目的は、等核生成が反応器へ供
給されるトリクロロシランの量の減少を必要とする反応
器の性能に影響を及ぼす点に混合平均ガス温度が達する
前に、反応器が操業できる時間長を決めること、および
シリコンの蒸着速度を測定することであった。The reactor was of conventional design containing a plurality of silicon devices similar to that shown in FIG. The feed to the reactor was a mixture of hydrogen and trichlorosilane. The initial temperature of the silicon device was 1060 ° C, and this temperature was gradually lowered to 965 ° C over the experimental period.
Baseline experiments were performed without heat exchange elements. The baseline experimental objective was to operate the reactor before the mixed average gas temperature reached the point where homonucleation required a reduction in the amount of trichlorosilane fed to the reactor affecting the performance of the reactor. It was to determine the length of time possible and to measure the deposition rate of silicon.
【0030】使用した反応器に対して、混合平均ガス温
度が反応器の通気口に設けた熱伝対によって測定して6
50℃になったとき、等核生成のレベルが反応器へ供給
されるトリクロロシランのモル%が下がる程度に反応器
の性能に影響を与えることを実験的に決定した。ベース
ラインの実験に対して、混合平均ガス温度は、残り42
時間の実験に対して約33時間で臨界温度650℃に達
して、反応器へ供給するトリクロロシランのモル%の減
少を必要とした。ベースラインの実験の平均シリコン蒸
着速度は1.2mm/hrであった。For the reactor used, the mixed average gas temperature was 6 as measured by a thermocouple installed in the vent of the reactor.
It was determined experimentally that at 50 ° C., the level of homonucleation affects the performance of the reactor to the extent that the mol% of trichlorosilane fed to the reactor is reduced. For the baseline experiment, the mixed average gas temperature remains 42
A critical temperature of 650 ° C. was reached in about 33 hours for the time run, necessitating a reduction in the mol% of trichlorosilane fed to the reactor. The average silicon deposition rate for the baseline experiment was 1.2 mm / hr.
【0031】比較の実験において、図3に記載したもの
に類似の熱交換要素を反応器に配置した。熱交換要素に
熱交換流体(商品名シルサーム(Syltherm),
ダウコーニング社の製品)循環さすことによって、熱交
換要素を冷却した。その熱交換流体は熱交換要素の入口
で測定して190℃の温度であった。比較実験は基準線
の実験で記載したものに類似して行った。シリコン素子
の温度分布を制御して基準線の実験のシリコン素子の温
度分布に類似させた。比較実験は43時間に渡って行な
い、その時点で混合平均ガス温度が650℃の臨界温度
に達した、そしてその実験を停止した。比較実験のシリ
コンの平均蒸着速度は1.3mm/hrであった。In a comparative experiment, a heat exchange element similar to that described in FIG. 3 was placed in the reactor. A heat exchange fluid (trade name: Syltherm,
The heat exchange element was cooled by circulating it through a Dow Corning product. The heat exchange fluid had a temperature of 190 ° C. measured at the inlet of the heat exchange element. Comparative experiments were performed similar to those described in the baseline experiment. The temperature distribution of the silicon device was controlled to be similar to the temperature distribution of the silicon device in the reference line experiment. The comparative experiment was run for 43 hours, at which time the mixed average gas temperature reached a critical temperature of 650 ° C. and the experiment was stopped. The average deposition rate of silicon in the comparative experiment was 1.3 mm / hr.
【図1】 加熱シリコン素子上にクロロシランの化学蒸
着に有用で熱交換要素を配置した典型的な反応器の略図
である。FIG. 1 is a schematic diagram of a typical reactor in which heat exchange elements useful for chemical vapor deposition of chlorosilanes are placed on a heated silicon device.
【図2】 本発明の実施に有用な熱交換素子を備えた代
表的な反応の横断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of an exemplary reaction with a heat exchange element useful in the practice of the present invention.
【図3】 本発明の実施に有用な別の熱交換要素を備え
た代表的な反応器の横断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of an exemplary reactor with another heat exchange element useful in the practice of the present invention.
1 基板 2 入口パイプ 3 出口パイプ 4 供給ノイズ 5 排気口 6 コネクタ 7 シリコン素子 8 容器 9 入口ポート 10 出口ポート 11 窓 12 熱交換要素 13 入口ポート 14 出口ポート 1 Substrate 2 Inlet Pipe 3 Outlet Pipe 4 Supply Noise 5 Exhaust Port 6 Connector 7 Silicon Element 8 Container 9 Inlet Port 10 Outlet Port 11 Window 12 Heat Exchange Element 13 Inlet Port 14 Outlet Port
Claims (2)
応室内に配置される複数の加熱シリコン素子(7)の上
に式ClnSiH4−n〔nは1、2、3または4であ
る〕によって表わされるクロロシランと水素からなるガ
ス状混合体からシリコンを化学蒸着させるのに適した反
応室を形成する容器(8)からなり、前記反応室内に外
部から冷却する熱伝達要素(12)を配置して、加熱シ
リコン素子(7)から放出される放射熱から複数の加熱
シリコン素子(7)を実質的に遮蔽することなく反応室
に存在する混合ガスの温度を下げることを特徴とする実
質的に密閉された半導体グレード・シリコンの化学蒸着
用反応器。1. A base (1) and a plurality of heated silicon elements (7) disposed on the base and disposed in a reaction chamber, wherein Cl n SiH 4-n [n is 1, 2, 3 Or 4], which comprises a vessel (8) forming a reaction chamber suitable for chemical vapor deposition of silicon from a gaseous mixture of chlorosilane and hydrogen, and a heat transfer element for externally cooling the reaction chamber. (12) is arranged to reduce the temperature of the mixed gas present in the reaction chamber without substantially shielding the plurality of heated silicon elements (7) from the radiant heat emitted from the heated silicon elements (7). Featuring a substantially sealed semiconductor grade silicon chemical vapor deposition reactor.
器(8)からなり反応室内に複数の加熱シリコン素子
(7)を配置した実質的に密閉された反応器中に式Cl
nSiH4−n〔nは1、2、3または4である〕によ
って表わされるクロロシランと水素のガス状混合体を供
給し、 (B)加熱シリコン素子(7)を電流を通して該シリコ
ン素子をクロロシランの分解温度以上に加熱し、それに
よって加熱シリコン素子(7)上に元素シリコンを不均
一に蒸着させ、反応室内の混合ガスを加熱し、 (C)反応室内に配置された外部から冷却される熱伝達
要素(12)に熱交換流体を流通させることによって、
加熱シリコン素子(7)から放出される放射熱から複数
の加熱シリコン素子(7)を実質的に遮蔽することな
く、反応室内の均一核生成によるシリコンの生成を低減
させることからなることを特徴とする半導体グレード・
シリコンの製造法。2. The formula Cl in a substantially sealed reactor comprising: (A) a base (1) and a vessel (8) defining a reaction chamber, wherein a plurality of heated silicon elements (7) are arranged in the reaction chamber.
A gaseous mixture of chlorosilane and hydrogen represented by n SiH 4-n [n is 1, 2, 3 or 4] is supplied, and (B) a heated silicon element (7) is passed through an electric current to bring the silicon element into chlorosilane Above the decomposition temperature of the element, thereby non-uniformly depositing elemental silicon on the heated silicon element (7), heating the mixed gas in the reaction chamber, and (C) cooling from the outside arranged in the reaction chamber. By passing a heat exchange fluid through the heat transfer element (12),
Reducing the production of silicon by homogeneous nucleation in the reaction chamber without substantially shielding the plurality of heated silicon elements (7) from the radiant heat emitted from the heated silicon elements (7). Semiconductor grade
Silicon manufacturing method.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US18886194A | 1994-01-31 | 1994-01-31 | |
US08/188861 | 1994-01-31 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07226384A true JPH07226384A (en) | 1995-08-22 |
Family
ID=22694856
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1323795A Pending JPH07226384A (en) | 1994-01-31 | 1995-01-31 | Reactor for chemical vapor deposition of semiconductor grade silicon |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH07226384A (en) |
DE (1) | DE19502865A1 (en) |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2324647B (en) * | 1996-01-22 | 2000-06-07 | Council Cent Lab Res Councils | Method and apparatus for controlling dust particle agglomerates |
GB9601208D0 (en) * | 1996-01-22 | 1996-03-20 | Council Cent Lab Res Councils | Formation and destruction of dust particle agglomerates |
DE102004038718A1 (en) * | 2004-08-10 | 2006-02-23 | Joint Solar Silicon Gmbh & Co. Kg | Reactor and method for producing silicon |
DE102004038717A1 (en) * | 2004-08-10 | 2006-02-23 | Joint Solar Silicon Gmbh & Co. Kg | Production process for reactor for the decomposition of gases |
JP5109376B2 (en) | 2007-01-22 | 2012-12-26 | 東京エレクトロン株式会社 | Heating device, heating method and storage medium |
DE102011084137A1 (en) | 2011-10-07 | 2013-04-11 | Wacker Chemie Ag | Apparatus and method for depositing polycrystalline silicon |
DE102012218747A1 (en) | 2012-10-15 | 2014-04-17 | Wacker Chemie Ag | Method of depositing polycrystalline silicon |
CN110306171B (en) * | 2019-06-28 | 2023-09-08 | 郑州磨料磨具磨削研究所有限公司 | Deposition chamber with improved gas distribution and MPCVD device |
-
1995
- 1995-01-30 DE DE1995102865 patent/DE19502865A1/en not_active Withdrawn
- 1995-01-31 JP JP1323795A patent/JPH07226384A/en active Pending
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE19502865A1 (en) | 1995-08-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101914535B1 (en) | Fluidized bed reactor and method for producing polycrystalline silicon granules | |
KR850001943B1 (en) | Combination gas curtains for continuous chemical vapor deposition production of silicon bodies | |
US5478396A (en) | Production of high-purity polycrystalline silicon rod for semiconductor applications | |
KR100411180B1 (en) | Method for preparing polycrystalline silicon | |
US4745088A (en) | Vapor phase growth on semiconductor wafers | |
JP5727362B2 (en) | System and method for flowing gas through a chemical vapor deposition reactor | |
JP5219051B2 (en) | Continuous formation method of polycrystalline silicon using fluidized bed reactor | |
JP5291282B2 (en) | Tubular reaction vessel and method for producing silicon using the reaction vessel | |
JP2009536915A5 (en) | ||
KR20030090726A (en) | Systems and methods for epitaxially depositing films | |
KR20130044326A (en) | Polycrystalline silicon production | |
EP0180397B1 (en) | Method and apparatus for the production of polycrystalline silicon | |
JP2006069888A (en) | Method for manufacturing polycrystal silicon rod and manufacturing apparatus | |
US7381926B2 (en) | Removable heater | |
JPH07226384A (en) | Reactor for chemical vapor deposition of semiconductor grade silicon | |
US20070264173A1 (en) | Reactor for Chlorosilane Compound | |
AU2005272378A1 (en) | Silicon manufacturing apparatus | |
JPH06172093A (en) | Reactional furnace for producing semiconductor-grade polycrystalline silicon | |
JPS6077115A (en) | Method and apparatus for producing high-purity silicon | |
CN103482629B (en) | Polysilicon deposition apparatus | |
JP4099322B2 (en) | Method for producing silicon | |
KR20130016740A (en) | Manufacturing method of polycrystalline silicon rod | |
TW201621100A (en) | Fluidized bed reactor and process for producing polycrystalline silicon granules | |
JP4736269B2 (en) | Cylinder type vapor phase growth equipment | |
JP2023548557A (en) | Crystal pulling system with a fluid-filled exhaust pipe extending through the housing |