WO2014118019A1 - Method for depositing polycrystalline silicon - Google Patents
Method for depositing polycrystalline silicon Download PDFInfo
- Publication number
- WO2014118019A1 WO2014118019A1 PCT/EP2014/050880 EP2014050880W WO2014118019A1 WO 2014118019 A1 WO2014118019 A1 WO 2014118019A1 EP 2014050880 W EP2014050880 W EP 2014050880W WO 2014118019 A1 WO2014118019 A1 WO 2014118019A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- pptw
- ppbw
- silicon
- copper
- metal
- 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.)
- Ceased
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
- B01J23/74—Iron group metals
- B01J23/755—Nickel
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/06—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of zinc, cadmium or mercury
-
- 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
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/16—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
- B01J23/32—Manganese, technetium or rhenium
- B01J23/34—Manganese
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
- B01J23/48—Silver or gold
- B01J23/50—Silver
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
- B01J23/48—Silver or gold
- B01J23/52—Gold
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
- B01J23/74—Iron group metals
- B01J23/745—Iron
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
- B01J23/74—Iron group metals
- B01J23/75—Cobalt
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
- B01J23/76—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
- B01J23/84—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36 with arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
- B01J23/85—Chromium, molybdenum or tungsten
- B01J23/86—Chromium
Definitions
- the invention relates to a method for the deposition of polycrystalline silicon.
- High purity polycrystalline silicon serves as a starting material for the production of single crystal silicon for Czochralski (CZ) or zone melting (FZ) semiconductor, for the production of single or multicrystalline silicon by various drawing and casting processes
- Polysilicon is usually produced by means of the Siemens process.
- a reaction gas comprising one or more silicon-containing components and optionally hydrogen in a reactor comprising by direct
- silicon-containing components are preferably silane (SiH4), monochlorosilane (SiH 3 Cl), dichlorosilane (DCS, SiH 2 Cl 2 ), trichlorosilane (TCS, SiHCl 3 ), tetrachlorosilane (SiCl 4 ) or
- the Siemens procedure is usually in one
- the reactor comprises a metallic base plate and a coolable bell which is placed on the base plate, so that a reaction space in the
- the baseplate is provided with one or more gas inlet openings and one or more
- Each carrier body usually consists of two thin ones
- Filament rods and a bridge which usually connects adjacent rods at their free ends.
- the filament rods are made of single or polycrystalline silicon
- the filament rods are mounted vertically in electrodes located at the bottom of the reactor, via which the connection to the power supply takes place. High-purity precipitates on the heated filament rods and the horizontal bridge
- the deposition process is usually controlled by the specification of rod temperature and reaction gas stream or composition.
- the measurement of the rod temperature is carried out with
- the rod temperature is controlled by controlling the electrical power
- Reaction gases are given as a function of time or bar diameter.
- the deposition with TCS or its mixture with DCS and / or STC is usually carried out at rod temperatures between 900 and 1100 ° C, a supply of silicon-containing component (s) (in total) of 0.5 to 10 kMol / h per 1 m 2 the rod surface, wherein the mole fraction of this component (s) in the feed stream (in total) is between 10% and 50% (the remainder 90% to 50%
- US 4759830 and US 4773973 relate to processes for the production of thin layers of elemental silicon on an electrically conductive material suitable as an electrode by electrolytic deposition of silicon from a
- halides of a transition metal are disclosed chromium (II) iodide (CrJ 2), manganese (II) iodide (MnJ 2),
- the electrolytic deposition of the silicon can be cathodic, wherein the cathode material such as copper, chromium, molybdenum, nickel, platinum, iron or stainless steels, preferably of aluminum, silicon or graphite and as
- Anode material such as platinum, silicon or graphite used.
- the electrolytic deposition of the silicon may be carried out anodically from a melt comprising a silicon halide
- the electrolytic deposition of the silicon may e.g. from a melt containing silicon tetraiodide, aluminum triiodide and lithium iodide.
- the halide of a transition metal represents the so-called catalyst, which controls the silicon deposition and the quality of the silicon layers on e.g. Copper, chromium, molybdenum, nickel, iron and chromium steel or inorganic glasses e.g. from tin dioxide or tin dioxide / indium oxide mixtures
- Silicon carrier under the conditions of that method in the first place. Namely, no silicon deposition is observed without this catalyst.
- the Müller-Rochow synthesis is a process for
- Catalyst is copper, which elementary or z. B. is used in the form of copper oxide. Zinc, tin, phosphorus and other elements also act as promoters. The reaction takes place at about 300 ° C and 0.5-2 bar (ü).
- EP2036117 AI discloses that according to conventional technique
- Metal layer to be grown on a substrate Metal layer to be grown on a substrate.
- metal it may e.g. to trade gold on one
- silicon from a silicon source is used to effect growth of silicon nanowires at the metal islands.
- EP2082419 A2 discloses a process for metal catalyzed nanowire growth in which as metal catalysts
- Transition metals from the periodic table u.a. Copper, silver, gold, nickel, palladium, platinum, cobalt, rhodium, iridium, indium, iron, ruthenium, tin, osmium, manganese, chromium,
- Molybdenum tungsten, vanadium, niobium, tantalum, titanium, zirconium and Gallium, including mixtures of one or more of these metals.
- the object of the present invention was to provide a more economical method for the separation of
- the object is achieved by a method for depositing polycrystalline silicon, wherein a silicon-containing gas is introduced into a reactor and by reduction of the silicon-containing gas polycrystalline silicon is deposited on a by direct current passage to a temperature of at least 550 ° C heated carrier body, characterized characterized in that during the reduction of the silicon-containing gas at least one first metal selected from the group consisting of titanium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper and zinc is present as a first metal selected from the group consisting of titanium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper and zinc is present as a first
- Catalyst acts and also at least one different from the first metal second metal selected from the group
- the silicon-containing gas is preferably a halosilane, preferably trichlorosilane.
- trichlorosilane is used in the presence of hydrogen.
- the at least first and at least second metals shall be present in such quantities during the reduction of the silicon-containing gas that in the deposited polycrystalline silicon at least one element selected from the group consisting of titanium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper and Zinc at a concentration of 18 pptw - 40 ppbw titanium, 0.2 pptw - 5 ppbw chromium, 0.5 pptw - 15 ppbw manganese, 7 pptw - 50 ppbw iron, 0.012 pptw - 25 ppbw cobalt, 0.9 pptw - 8 ppbw nickel, 3 pptw - 12 ppbw copper or 0.6 pptw - 11 ppbw zinc;
- the invention therefore also relates to polycrystalline silicon containing at least one first metal selected from the group consisting of titanium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper and zinc; and at least one second metal other than the first metal selected from the group consisting of copper, silver and gold;
- the at least two selected metals are present in polycrystalline silicon in the following amounts: 18 pptw - 40 ppbw titanium, 0.2 pptw - 5 ppbw chromium, 7 pptw - 50 ppbw iron, 0.012 pptw - 25 ppbw cobalt, 0.9 pptw - 8 ppbw nickel, 3 pptw - 12 ppbw copper, 0.6 pptw - 11 ppbw zinc, 0.15 pptw - 21 ppbw silver, 0.001 pptw - 0.3 ppbw gold, 0.5 pptw - 15 ppbw manganese.
- Table 1 shows the minimum and maximum concentrations of metals in the deposited polycrystalline silicon.
- the metal (s) are used in combination with carbon. It is particularly preferred if copper, nickel and
- the concentration of methane in the silicon-containing gas should be 2-18 ppm.
- the process is associated with an immense economic advantage.
- investigations of the deposition rates in reactors of the type shown in Fig. 1 has been shown that by the presence of the two catalyst metals compared
- Polysilicon should be usually too high. However, it has been shown that even the smallest amounts of the existing metals, which have no negative impact on the quality of polycrystalline silicon, have a positive effect. It is essential that the catalytically active substances in solid, deposited polycrystalline silicon are effective. Disintegration of the silanes in the gas phase is undesirable. This would lead to gas phase nucleation and dusting, which is undesirable. The reaction mechanism must therefore be effective in the surface of the polycrystalline silicon. This is ensured by the fact that the metals are predominantly dissolved in solid silicon and do not remain free in the gas phase. The introduced metals can freely diffuse in already deposited polycrystalline silicon. As soon as they reach a surface and they are asymmetrically surrounded by silicon, stronger bonds form
- Pseudosilicide deprives the environment hydrogen, probably as a proton.
- the silicon-containing gas especially trichlorosilane, releases hydrogen. This is a first
- Partial reaction The so-destabilized silane decomposes, thereby depositing silicon. This is a second partial reaction.
- both partial reactions are accelerated by catalysts, wherein the first partial reaction is accelerated by a first catalyst and the second partial reaction by a second catalyst, which can not be clarified the first and second partial reactions are each accelerated by the ferrous metals or by the noble metals. Copper is obviously suitable for both
- Partial reactions act as a catalyst.
- methane or other carbon-containing gases are used, such as ethane, propane, butane, pentane, ethene, solvent vapors, the iso-forms of the
- Carbon in the exhaust stream can be determined.
- Polysilicon layer which becomes 20 times thicker with maximum catalyst action.
- polysilicon is deposited on the silicon core in the experimental reactor of FIG. 1.
- the same process conditions are temperature, pressure, gas flows and heating current. Only the metal addition by the catalyst source 9 in FIG. 1 is changed
- Aluminum as an impurity not. However, on the n-side, the doping is counteracted by aluminum.
- Metals that occupy lattice sites are generally active as p- or n-doping.
- the effect is generally active as p- or n-doping.
- B, C, Mg, Ca, Zn, Pt are unsuitable while Li, O, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Ag, Au are interstitial impurities.
- Diffusion coefficient has copper.
- the charge carriers In order to enable the function of the pn junction, the charge carriers must be separated. This is all the more easily possible the longer the charge carrier lifetime. Some of the metals act on and as recombination centers.
- Particularly advantageous are copper and silver.
- the release of the metals in the reactor is preferably carried out by arc in the cold gas phase, namely in the silanes, preferably in an inert gas.
- the metals can be incorporated in other ways in the reaction gases.
- the metals may already be incorporated into the chlorosilane in an upstream process, e.g. Trichlorosilane, be introduced. It is also possible that metals are added to the hydrogen in a process upstream of the deposition.
- the metals are introduced by means of a gas-tight, temperature-resistant and temperature and pressure swing-resistant spark plug.
- a high voltage pulse leads to an arc in the
- the spark plug comprises two electrodes, each one
- Both electrodes can be completely made of one
- Consist catalyst metal Alternatively, a
- Catalyst metal attached to the electrode tip e.g. be soldered or welded, be.
- the discharged amount of catalyst metal is through
- FIG. 1 shows an apparatus for carrying out the method.
- Fig. 2 shows a detail view of the spark plug. List of reference numbers used
- a device for carrying out the method is shown schematically.
- the reaction vessel 8 is a
- the holder consists of two graphite power supply 11, which are mounted so that they are suitable to supply heating current to the silicon core.
- the electrical connection is made by means of power connections 12.
- Silicone gasket 4 to protect against high process temperatures, the graphite power supply with a water cooling 3
- the silicon core 81 Since the silicon core 81 is not electrically conductive at room temperature, it must be brought by means of an infrared heater 72 to a temperature at which the heating current from the graphite power supply lines 11 is effective.
- reaction vessel 8 For this heating, the reaction vessel 8 with a
- Infrared radiation window 71 provided. After swinging out the HIR heating device, the IR radiation window 71 is used to observe the processes inside the reaction vessel, in particular by means of an IR pyrometer 72 to monitor the temperature.
- process gases for the deposition of polysilicon are process gases
- the supply of silanes 21 takes place at the bottom of the chamber, as well as the supply of the auxiliary gases 22.
- the discharge of the exhaust gas 23 takes place in the upper region of the process chamber.
- the catalysts are in the flow of auxiliary gases 22
- the catalytically active metals are released by means of a slightly changed spark plug 9.
- the spark plug serves as a catalyst source.
- Fig. 2 the spark plug 9 is shown in more detail.
- the distance between the electrodes can be adjusted and readjusted with a set screw 92 for adjusting the arc length.
- the amount and the proportion of the released metals are adjusted by the electrode spacing, the ignition voltage, the charge, and the tip angles of the electrodes. If discharges are carried out under the same conditions until the detection limit of the metals has been far exceeded, the amount of metal can be assigned to a single discharge and thus quantitative ratios below the detection limits can be set.
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
Description
Verfahren zur Abscheidung von polykristallinem Silicium Method of depositing polycrystalline silicon
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abscheidung von polykristallinem Silicium. The invention relates to a method for the deposition of polycrystalline silicon.
Hochreines polykristallines Silicium (Polysilicium) dient als Ausgangsmaterial zur Herstellung von einkristallinem Silicium für Halbleiter nach dem Czochralski (CZ) - oder Zonenschmelz (FZ) - Verfahren, zur Herstellung von ein- oder multikristallinem Silicium nach verschiedenen Zieh- und Gieß-Verfahren zur High purity polycrystalline silicon (polysilicon) serves as a starting material for the production of single crystal silicon for Czochralski (CZ) or zone melting (FZ) semiconductor, for the production of single or multicrystalline silicon by various drawing and casting processes
Produktion von Solarzellen für die Photovoltaik, sowie als Komponente in Elektroden von Lithium-Ionen-Batterien. Polysilicium wird üblicherweise mittels des Siemens-Verfahrens hergestellt. Dabei wird ein Reaktionsgas umfassend eine oder mehrere Silicium enthaltende Komponenten und gegebenenfalls Wasserstoff in einen Reaktor umfassend durch direkten Production of solar cells for the photovoltaic, as well as component in electrodes of lithium ion batteries. Polysilicon is usually produced by means of the Siemens process. In this case, a reaction gas comprising one or more silicon-containing components and optionally hydrogen in a reactor comprising by direct
Stromdurchgang erhitzte Trägerkörper eingeleitet, wobei sich an den Trägerkörpern Silicium in fester Form abscheidet. Introduced current passage heated carrier body, which deposits on the carrier bodies silicon in solid form.
Als Silicium enthaltende Komponenten werden bevorzugt Silan (SiH4), Monochlorsilan (SiH3Cl) , Dichlorsilan (DCS, SiH2Cl2) , Trichlorsilan (TCS, SiHCl3) , Tetrachlorsilan (SiCl4) oder As the silicon-containing components are preferably silane (SiH4), monochlorosilane (SiH 3 Cl), dichlorosilane (DCS, SiH 2 Cl 2 ), trichlorosilane (TCS, SiHCl 3 ), tetrachlorosilane (SiCl 4 ) or
Mischungen der genannten Stoffe eingesetzt. Mixtures of these substances used.
Das Siemens -Verfahren wird üblicherweise in einem The Siemens procedure is usually in one
Abscheidereaktor (auch „Siemens-Reaktor" genannt) durchgeführt. In der gebräuchlichsten Au führungsform umfasst der Reaktor eine metallische Grundplatte und eine kühlbare Glocke, die auf die Grundplatte gesetzt ist, so dass ein Reaktionsraum im In the most common embodiment, the reactor comprises a metallic base plate and a coolable bell which is placed on the base plate, so that a reaction space in the
Inneren der Glocke entsteht. Die Grundplatte ist mit einer oder mehreren Gaseinlassöffnungen und einer oder mehreren Inside of the bell arises. The baseplate is provided with one or more gas inlet openings and one or more
Abgasöffnungen für die abgehenden Reaktionsgase sowie mit Exhaust ports for the outgoing reaction gases and with
Halterungen versehen, mit deren Hilfe die Trägerkörper im Mounts provided with the aid of the support body in
Reaktionsraum gehalten und mit elektrischen Strom versorgt werden. In EP 2 077 252 A2 wird der typische Aufbau eines in der Herstellung von Polysilicium zum Einsatz kommenden Reaction space kept and supplied with electrical power become. In EP 2 077 252 A2 the typical structure of one used in the production of polysilicon is used
Reaktortyps beschrieben. Jeder Trägerkörper besteht meistens aus zwei dünnen Reactor type described. Each carrier body usually consists of two thin ones
Filamentstäben und einer Brücke, die in der Regel benachbarte Stäbe an ihren freien Enden verbindet. Am häufigsten werden die Filamentstäbe aus ein- oder polykristallinem Silicium Filament rods and a bridge, which usually connects adjacent rods at their free ends. Most commonly, the filament rods are made of single or polycrystalline silicon
gefertigt, seltener kommen Metalle bzw. Legierungen oder manufactured, rarely come metals or alloys or
Kohlenstoff zum Einsatz. Die Filamentstäbe stecken senkrecht in am Reaktorboden befindlichen Elektroden, über die der Anschluss an die Stromversorgung erfolgt. An den erhitzten Filamentstäben und der waagrechten Brücke scheidet sich hochreines Carbon used. The filament rods are mounted vertically in electrodes located at the bottom of the reactor, via which the connection to the power supply takes place. High-purity precipitates on the heated filament rods and the horizontal bridge
Polysilicium ab, wodurch deren Durchmesser mit der Zeit anwächst. Nachdem der gewünschte Durchmesser erreicht ist, wird der Prozess beendet, indem die Zufuhr von Silicium-haltigen Komponenten beendet wird. Polysilicon, whereby their diameter increases with time. After the desired diameter is reached, the process is terminated by stopping the supply of silicon-containing components.
Der Abscheideprozess wird üblicherweise durch die Vorgabe von Stabtemperatur und Reaktionsgasstrom bzw. -Zusammensetzung gesteuert. Die Messung der Stabtemperatur erfolgt mit The deposition process is usually controlled by the specification of rod temperature and reaction gas stream or composition. The measurement of the rod temperature is carried out with
Strahlungspyrometern meistens an den der Reaktorwand Radiation pyrometers mostly at the reactor wall
zugewandten Oberflächen der Stäbe. Die Stabtemperatur wird durch Steuerung oder Regelung der elektrischen Leistung facing surfaces of the bars. The rod temperature is controlled by controlling the electrical power
entweder fest oder in Abhängigkeit vom Stabdurchmesser either fixed or depending on the bar diameter
vorgegeben. Die Menge und die Zusammensetzung des specified. The amount and composition of the
Reaktionsgases werden in Abhängigkeit von der Zeit oder dem Stabdurchmesser vorgegeben. Die Abscheidung mit TCS bzw. dessen Mischung mit DCS und/oder STC erfolgt üblicherweise bei Stabtemperaturen zwischen 900 und 1100 °C, einer Zufuhr von siliciumhaltigen Komponente (n) (in Summe) von 0,5 bis 10 kMol/h pro 1 m2 der Staboberfläche, wobei der Mol-Anteil dieser Komponente (n) im Zugasstrom (in Summe) zwischen 10% und 50% liegt (der Rest 90% bis 50% ist Reaction gases are given as a function of time or bar diameter. The deposition with TCS or its mixture with DCS and / or STC is usually carried out at rod temperatures between 900 and 1100 ° C, a supply of silicon-containing component (s) (in total) of 0.5 to 10 kMol / h per 1 m 2 the rod surface, wherein the mole fraction of this component (s) in the feed stream (in total) is between 10% and 50% (the remainder 90% to 50%
üblicherweise Wasserstoff) . Aus US4481232 ist ein Verfahren zur Herstellung von hochreinem Silicium bekannt, umfassend Bilden einer Kupfersilicidlegierung und Positionieren der Legierung innerhalb eines Behälters, Anordnen eines Filaments gegenüber der Legierung; Zuführen eines Transportgases, angepasst um Silicium zu transportieren, Erhitzen des Filaments und der Legierung auf Temperaturen, bei denen das Gas auf der Legierungsoberfläche mit Silicium usually hydrogen). From US4481232 a method for producing high purity silicon is known, comprising forming a copper silicide alloy and positioning the alloy within a container, placing a filament over the alloy; Supplying a transport gas adapted to transport silicon, heating the filament and the alloy to temperatures at which the gas on the alloy surface with silicon
reagiert und auf dem Filament Silicium abgeschieden wird, wobei die Legierung bei jenen Temperaturen in der Lage ist, mittels Diffusion Verunreinigungen einzufangen. Kupfer wird eingesetzt, um die Reaktion von Silicium zu einem Silan zu fördern. Aus dem entstandenen Silan wird sofort wieder Silicium abgeschieden. reacting and depositing silicon on the filament, which alloy is capable of trapping impurities at those temperatures. Copper is used to promote the reaction of silicon to a silane. From the resulting silane silicon is immediately deposited again.
US 4759830 und US 4773973 betreffen Verfahren zur Herstellung von dünnen Schichten aus elementarem Silizium auf einem als Elektrode geeigneten elektrisch leitenden Material durch elektrolytische Abscheidung des Siliziums aus einer US 4759830 and US 4773973 relate to processes for the production of thin layers of elemental silicon on an electrically conductive material suitable as an electrode by electrolytic deposition of silicon from a
Salzschmelze, die ein Siliziumhalogenid, ein Molten salt, which is a silicon halide, a
Aluminiumhalogenid, ein Alkalimetall- oder Ammoniumhalogenid und ein Halogenid eines Übergangsmetalls Aluminum halide, an alkali metal or ammonium halide and a halide of a transition metal
enthält, wobei die Elektrolyse bei Temperaturen von 100 bis 350°C in inerter Atmosphäre und gegebenenfalls unter Druck durchgeführt wird. Als Halogenide eines Übergangsmetalls sind offenbart Chrom (II) jodid (CrJ2) , Mangan ( II) j odid (MnJ2) , wherein the electrolysis is carried out at temperatures of 100 to 350 ° C in an inert atmosphere and optionally under pressure. As halides of a transition metal are disclosed chromium (II) iodide (CrJ 2), manganese (II) iodide (MnJ 2),
Eisen (II) jodid (FeJ2), Kupfer (I) jodid (CuJ) , Hafnium ( IV) j odid (HfJ4), Nickel] odid (NiJ2), Vanadin (II) jodid (VJ2) oder Iron (II) iodide (FeJ2), copper (I) iodide (CuJ), hafnium (IV) iodide (HfJ4), nickel] odid (NiJ2), vanadium (II) iodide (VJ2) or
Gemische aus diesen Jodiden. Mixtures of these iodides.
Die elektrolytische Abscheidung des Siliziums kann kathodisch erfolgen, wobei man als Kathodenmaterial solches aus Kupfer, Chrom, Molybdän, Nickel, Platin, Eisen oder Edelstählen, vorzugsweise aus Aluminium, Silizium oder Graphit und als The electrolytic deposition of the silicon can be cathodic, wherein the cathode material such as copper, chromium, molybdenum, nickel, platinum, iron or stainless steels, preferably of aluminum, silicon or graphite and as
Anodenmaterial solches aus Platin, Silizium oder Graphit verwendet . Anode material such as platinum, silicon or graphite used.
Die elektrolytische Abscheidung des Siliziums kann anodisch aus einer Schmelze erfolgen, die ein Siliziumhalogenid, ein The electrolytic deposition of the silicon may be carried out anodically from a melt comprising a silicon halide
Aluminiumhalogenid, ein Alkalimetall- oder Ammoniumhalogenid enthält, wobei man als Anodenmaterial solches aus Aluminium und als Kathodenmaterial solches aus Silizium oder Graphit Aluminum halide, an alkali metal or ammonium halide containing, as the anode material such as aluminum and cathode material such as silicon or graphite
verwendet. Die elektrolytische Abscheidung des Siliziums kann z.B. aus einer Schmelze erfolgen, die Siliziumtetraj odid, Aluminiumtrij odid und Lithiumjodid enthält. used. The electrolytic deposition of the silicon may e.g. from a melt containing silicon tetraiodide, aluminum triiodide and lithium iodide.
Das Halogenid eines Übergangsmetalls stellt den sogenannten Katalysator dar, der die Siliziumabscheidung und die Qualität der Siliziumschichten auf z.B. Kupfer, Chrom, Molybdän, Nickel, Eisen und Chromstahl oder anorganischen Gläsern z.B. aus Zinndioxid oder Zinndioxid/lndiumoxid-mischungen deutlich The halide of a transition metal represents the so-called catalyst, which controls the silicon deposition and the quality of the silicon layers on e.g. Copper, chromium, molybdenum, nickel, iron and chromium steel or inorganic glasses e.g. from tin dioxide or tin dioxide / indium oxide mixtures
verbessert und eine Siliziumschichtbildung auf einem improved and a silicon layer formation on one
Siliziumträger unter den Bedingungen jenes Verfahrens überhaupt erst ermöglicht. Ohne diesen Katalysator wird nämlich keine Siliziumabscheidung beobachtet. Silicon carrier under the conditions of that method in the first place. Namely, no silicon deposition is observed without this catalyst.
Die Müller-Rochow-Synthese ist ein Verfahren zur The Müller-Rochow synthesis is a process for
großtechnischen Herstellung von Methylchlorsilanen. Als large-scale production of methylchlorosilanes. When
Katalysator dient Kupfer, welches elementar oder z. B. in Form von Kupferoxid eingesetzt wird. Als Promotoren wirken außerdem noch Zink, Zinn, Phosphor und andere Elemente. Die Reaktion findet etwa bei 300°C und 0,5-2 bar(ü) statt. Catalyst is copper, which elementary or z. B. is used in the form of copper oxide. Zinc, tin, phosphorus and other elements also act as promoters. The reaction takes place at about 300 ° C and 0.5-2 bar (ü).
EP2036117 AI offenbart, dass nach herkömmlicher Technik EP2036117 AI discloses that according to conventional technique
Silizium-Nanodrähte unter Verwendung einer katalytischen Silicon nanowires using a catalytic
Metallschicht auf einem Substrat gewachsen werden. Metal layer to be grown on a substrate.
Beim Metall kann es z.B. um Gold handeln, das auf einem With metal, it may e.g. to trade gold on one
Substrat abgeschieden ist. Daraus werden katalytische Substrate is deposited. This will become catalytic
Metallinseln gebildet. Anschließend wird Silicium von einer Siliciumquelle dazu verwendet, an den Metallinseln Wachstum von Silicium-Nanodrähten zu bewerkstelligen. Formed metal islands. Subsequently, silicon from a silicon source is used to effect growth of silicon nanowires at the metal islands.
EP2082419 A2 offenbart ein Verfahren zu metallkatalysiertem Nanodrahtwachstum, bei dem als Metallkatalysatoren EP2082419 A2 discloses a process for metal catalyzed nanowire growth in which as metal catalysts
Übergangsmetalle aus dem Periodensystem, u.a. Kupfer, Silber, Gold, Nickel, Palladium, Platin, Kobalt, Rhodium, Iridium, Indium, Eisen, Ruthenium, Zinn, Osmium, Mangan, Chrom, Transition metals from the periodic table, u.a. Copper, silver, gold, nickel, palladium, platinum, cobalt, rhodium, iridium, indium, iron, ruthenium, tin, osmium, manganese, chromium,
Molybdän, Wolfram, Vanadium, Niob, Tantal, Titan, Zirkonium und Gallium, einschließlich Mischungen von einem oder mehreren dieser Metalle, in Frage kommen. Molybdenum, tungsten, vanadium, niobium, tantalum, titanium, zirconium and Gallium, including mixtures of one or more of these metals.
Derzeitige Technologien für die Verwendung von Silicium in der Halbleitertechnologie machen den Einsatz von Rohsilicium mit wachsenden Anforderungen an die Reinheit des Materials Current technologies for the use of silicon in semiconductor technology make the use of raw silicon with increasing demands on the purity of the material
erforderlich . required.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand darin, ein wirtschaftlicheres Verfahren zur Abscheidung von The object of the present invention was to provide a more economical method for the separation of
polykristallinem Silicium bereitzustellen. To provide polycrystalline silicon.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Abscheidung von polykristallinem Silicium, wobei ein Silicium enthaltendes Gas in einen Reaktor eingeleitet und durch Reduktion des Silicium enthaltenden Gases polykristallines Silicium auf einem durch direkten Stromdurchgang auf eine Temperatur von wenigstens 550°C erhitzten Trägerkörper abgeschieden wird, dadurch gekennzeichnet, dass während der Reduktion des Silicium enthaltenden Gases wenigstens ein erstes Metall ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Titan, Chrom, Mangan, Eisen, Kobalt, Nickel, Kupfer und Zink zugegen ist, das als ein erster The object is achieved by a method for depositing polycrystalline silicon, wherein a silicon-containing gas is introduced into a reactor and by reduction of the silicon-containing gas polycrystalline silicon is deposited on a by direct current passage to a temperature of at least 550 ° C heated carrier body, characterized characterized in that during the reduction of the silicon-containing gas at least one first metal selected from the group consisting of titanium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper and zinc is present as a first
Katalysator wirkt und zudem wenigstens ein vom ersten Metall verschiedenes zweites Metall ausgewählt aus der Gruppe Catalyst acts and also at least one different from the first metal second metal selected from the group
bestehend aus Kupfer, Silber und Gold zugegen ist, das als ein zweiter Katalysator wirkt consisting of copper, silver and gold, which acts as a second catalyst
Beim Silicium enthaltenden Gas handelt es sich vorzugsweise um ein Halogensilan, bevorzugt um Trichlorsilan. The silicon-containing gas is preferably a halosilane, preferably trichlorosilane.
Vorzugsweise wird Trichlorsilan in Gegenwart von Wasserstoff verwendet . Preferably, trichlorosilane is used in the presence of hydrogen.
Es laufen zwei Teilreaktionen ab. Es müssen Si-H und Si-Cl- Bindungen gespalten werden. Wie später noch erläutert wird, sind zwei Arten von Katalysatoren erforderlich, um beide There are two partial reactions. Si-H and Si-Cl bonds have to be cleaved. As will be explained later, two types of catalysts are required to both
Teilreaktionen zu beschleunigen. Folgende Kombinationen haben sich als besonders geeignet gezeigt : Accelerate partial reactions. The following combinations have proven to be particularly suitable:
Kupfer und Titan / Eisen / Nickel; Copper and titanium / iron / nickel;
Silber und Chrom / Mangan / Eisen / Zink; Silver and chromium / manganese / iron / zinc;
Gold und Titan / Chrom / Mangan / Eisen / Kobalt / Nickel / Zink Gold and Titanium / Chrome / Manganese / Iron / Cobalt / Nickel / Zinc
Besonders bevorzugt sind die Kombinationen Gold und Titan sowie Gold und Chrom. Particularly preferred are the combinations of gold and titanium and gold and chromium.
Ganz besonders bevorzugt ist die Verwendung von Kupfer und Nickel . Besonders bevorzugt ist es auch, Kupfer und Silber sowie Kupfer und Gold in Kombination zu verwenden. Very particularly preferred is the use of copper and nickel. It is also particularly preferred to use copper and silver as well as copper and gold in combination.
Das wenigstens erste und das wenigstens zweite Metall soll in solchen Mengen während der Reduktion des Silicium enthaltenden Gases vorhanden sein, dass im abgeschiedenen polykristallinen Silicium wenigstens ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Titan, Chrom, Mangan, Eisen, Kobalt, Nickel, Kupfer und Zink in einer Konzentration von 18 pptw - 40 ppbw Titan, 0,2 pptw - 5 ppbw Chrom, 0,5 pptw - 15 ppbw Mangan, 7 pptw - 50 ppbw Eisen, 0,012 pptw - 25 ppbw Kobalt, 0,9 pptw - 8 ppbw Nickel, 3 pptw - 12 ppbw Kupfer bzw. 0,6 pptw - 11 ppbw Zink enthalten ist; The at least first and at least second metals shall be present in such quantities during the reduction of the silicon-containing gas that in the deposited polycrystalline silicon at least one element selected from the group consisting of titanium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper and Zinc at a concentration of 18 pptw - 40 ppbw titanium, 0.2 pptw - 5 ppbw chromium, 0.5 pptw - 15 ppbw manganese, 7 pptw - 50 ppbw iron, 0.012 pptw - 25 ppbw cobalt, 0.9 pptw - 8 ppbw nickel, 3 pptw - 12 ppbw copper or 0.6 pptw - 11 ppbw zinc;
und wenigstens ein zweites, vom ersten Element verschiedenes Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kupfer, Silber und Gold in einer Konzentration von 3 pptw - 12 ppbw Kupfer, 0,15 pptw - 21 ppbw Silber und 0,001 pptw - 0,3 ppbw Gold enthalten ist. Die Erfindung betrifft daher auch polykristallines Silicium, enthaltend wenigstens ein erstes Metall ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Titan, Chrom, Mangan, Eisen, Kobalt, Nickel, Kupfer und Zink; und wenigstens ein vom ersten Metall verschiedenes zweites Metall ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kupfer, Silber und Gold; and at least one second element other than the first element selected from the group consisting of copper, silver and gold in a concentration of 3 pptw - 12 ppbw copper, 0.15 pptw - 21 ppbw silver and 0.001 pptw - 0.3 ppbw gold is. The invention therefore also relates to polycrystalline silicon containing at least one first metal selected from the group consisting of titanium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper and zinc; and at least one second metal other than the first metal selected from the group consisting of copper, silver and gold;
wobei die wenigstens zwei ausgewählten Metalle in folgenden Mengen im polykristallinen Silicium vorhanden sind: 18 pptw - 40 ppbw Titan, 0,2 pptw - 5 ppbw Chrom, 7 pptw - 50 ppbw Eisen, 0,012 pptw - 25 ppbw Kobalt, 0,9 pptw - 8 ppbw Nickel, 3 pptw - 12 ppbw Kupfer, 0,6 pptw - 11 ppbw Zink, 0,15 pptw - 21 ppbw Silber, 0,001 pptw - 0,3 ppbw Gold, 0,5 pptw - 15 ppbw Mangan. wherein the at least two selected metals are present in polycrystalline silicon in the following amounts: 18 pptw - 40 ppbw titanium, 0.2 pptw - 5 ppbw chromium, 7 pptw - 50 ppbw iron, 0.012 pptw - 25 ppbw cobalt, 0.9 pptw - 8 ppbw nickel, 3 pptw - 12 ppbw copper, 0.6 pptw - 11 ppbw zinc, 0.15 pptw - 21 ppbw silver, 0.001 pptw - 0.3 ppbw gold, 0.5 pptw - 15 ppbw manganese.
Tabelle 1 zeigt die minimalen und die maximalen Konzentrationen der Metalle im abgeschiedenen polykristallinen Silicium. Table 1 shows the minimum and maximum concentrations of metals in the deposited polycrystalline silicon.
Tabelle 1 Table 1
Vorzugsweise werden das oder die Metall (e) in Kombination mit Kohlenstoff eingesetzt. Ganz besonders bevorzugt ist es, wenn Kupfer, Nickel und Preferably, the metal (s) are used in combination with carbon. It is particularly preferred if copper, nickel and
Kohlenstoff zugegen sind. Carbon are present.
Zu diesem Zweck sollte die Konzentration von Methan im Silicium enthaltenden Gas 2-18 ppm betragen. Das Verfahren ist mit einem immensen wirtschaftlichen Vorteil verbunden. Bei Untersuchungen der Abscheideraten in Reaktoren der in Fig. 1 gezeigten Bauart hat sich gezeigt, dass durch das Vorhandensein der beiden Katalysatormetalle gegenüber For this purpose, the concentration of methane in the silicon-containing gas should be 2-18 ppm. The process is associated with an immense economic advantage. In investigations of the deposition rates in reactors of the type shown in Fig. 1 has been shown that by the presence of the two catalyst metals compared
herkömmlichen Verfahren (ohne Metalle) ein Dickenzuwachs an polykristallinem Silicium von mindestens 50% erreicht wird. Die Metalle wirken als Katalysatoren. Dies ist mit niedrigeren Prozesszeiten bei niedrigeren Prozesstemperaturen und damit einer erheblichen Energieeinsparung verbunden. Bereits bei einer Temperatur von 550 °C zeigen sich effektive conventional methods (without metals) a thickness increase of polycrystalline silicon of at least 50% is achieved. The metals act as catalysts. This is associated with lower process times at lower process temperatures and thus a significant energy saving. Even at a temperature of 550 ° C, effective
Abscheideraten. Deposition rates.
Insbesondere für Anwendungen in der Photovoltaik und in der Batterietechnologie ist das hergestellte Polysilicium In particular for applications in photovoltaics and in battery technology, the polysilicon produced is
hervorragend geeignet . Für Anwendungen in der Mikroelektronik ist die Verwendung des erzeugten Polysiliciums wenige excellent. For applications in microelectronics, the use of the polysilicon produced is few
bevorzugt, da hier die Anforderungen an die Reinheit des preferred, since the requirements for the purity of
Polysiliciums in der Regel zu hoch sein dürften. Es hat sich jedoch gezeigt, dass bereits geringste Mengen der vorhandenen Metalle, die keinen negativen Einfluss auf die Qualität des polykristallinen Siliciums haben, einen positiven Effekt zeigen. Wesentlich ist, dass die katalytisch wirksamen Substanzen im festen, abgeschiedenen polykristallinen Silicium wirksam sind. Ein Zerfall der Silane in der Gasphase ist unerwünscht. Dieser würde zu einer Gasphasennukleation und zur Staubbildung führen, was unerwünscht ist. Der Reaktionsmechanismus muss also in der Oberfläche des polykristallinen Siliciums wirksam sein. Dies wird dadurch sichergestellt, dass die Metalle vorwiegend im festen Silicium gelöst sind und nicht frei in der Gasphase verbleiben. Die eingebrachten Metalle können frei im bereits abgeschiedenen polykristallinen Silicium diffundieren. Sobald sie eine Oberfläche erreichen und sie asymmetrisch von Silicium umgeben sind, bilden sich stärkere Bindungen zum Polysilicon should be usually too high. However, it has been shown that even the smallest amounts of the existing metals, which have no negative impact on the quality of polycrystalline silicon, have a positive effect. It is essential that the catalytically active substances in solid, deposited polycrystalline silicon are effective. Disintegration of the silanes in the gas phase is undesirable. This would lead to gas phase nucleation and dusting, which is undesirable. The reaction mechanism must therefore be effective in the surface of the polycrystalline silicon. This is ensured by the fact that the metals are predominantly dissolved in solid silicon and do not remain free in the gas phase. The introduced metals can freely diffuse in already deposited polycrystalline silicon. As soon as they reach a surface and they are asymmetrically surrounded by silicon, stronger bonds form
Untergrund aus, die Metallsilicideigenschaften aufweisen. Diese Metallsilicide wirken durch ihre Bindungsstruktur attraktiv auf den umgebenden Wasserstoff der Silane und auf das vorhandene Chlor. Die protonenziehende Wirkung der Substrate having metal silicide properties. Due to their bonding structure, these metal silicides have an attractive effect on the surrounding hydrogen of the silanes and on the existing chlorine. The proton-withdrawing effect of
Pseudosilicide entzieht der Umgebung Wasserstoff, vermutlich als Proton. Pseudosilicide deprives the environment hydrogen, probably as a proton.
Das Silicium enthaltende Gas, insbesondere Trichlorsilan, gibt Wasserstoff ab. Dabei handelt es sich um eine erste The silicon-containing gas, especially trichlorosilane, releases hydrogen. This is a first
Teilreaktion. Das so destabilisierte Silan zerfällt, wodurch sich Silicium abscheidet. Dabei handelt es sich um eine zweite Teilreaktion. Partial reaction. The so-destabilized silane decomposes, thereby depositing silicon. This is a second partial reaction.
Die Erfinder gehen - ohne an diese Hypothese gebunden wollen zu sein - davon aus, dass beide Teilreaktionen durch Katalysatoren beschleunigt werden, wobei die erste Teilreaktion durch einen ersten Katalysator und die zweite Teilreaktion durch einen zweiten Katalysator beschleunigt wird, wobei nicht geklärt werden kann, ob die erste und die zweite Teilreaktion jeweils durch die Eisenmetalle oder durch die Edelmetalle beschleunigt wird. Kupfer ist offensichtlich geeignet, bei beiden The inventors assume - without wishing to be bound by this hypothesis - that both partial reactions are accelerated by catalysts, wherein the first partial reaction is accelerated by a first catalyst and the second partial reaction by a second catalyst, which can not be clarified the first and second partial reactions are each accelerated by the ferrous metals or by the noble metals. Copper is obviously suitable for both
Teilreaktionen als Katalysator zu wirken. Partial reactions act as a catalyst.
Falls Trichlorsilan reduziert wird, entsteht Chlor. Dieses sorgt dafür, dass Metalle als leicht flüchtige Metallchloride aus dem Reaktor entfernt werden. Gleichzeitig sorgt es für eine homogene Verteilung der wirksamen Katalysatoren in der If trichlorosilane is reduced, chlorine is produced. This ensures that metals are removed from the reactor as volatile metal chlorides. At the same time it ensures a homogeneous distribution of the effective catalysts in the
Abscheidekammer . Separation chamber.
Überraschenderweise wurde festgestellt, dass Kombinationen der Elemente wirksamer sind als die Einzelelemente und besonders Kohlenstoff, der in Reinform wirkungslos ist, in Kombination mit Metallen besondere Eigenschaften zeigt, so zum Beispiel die Oberflächenqualität des polykristallinen Siliciums beeinflusst. Kommt es zu Staubbildung, also zu einer Gasphasennukleation, nehmen die Staubpartikel ebenfalls Metalle auf. Auch in den Staubpartikeln würden sich dann Metallsilicide bilden und es würde zu Siliciumabscheidung kommen. Dies ist unerwünscht. Surprisingly, it has been found that combinations of the elements are more effective than the individual elements and especially carbon, which is ineffective in pure form, in combination with metals shows special properties, such as the surface quality of the polycrystalline silicon influenced. If it comes to dust formation, ie to a gas phase nucleation, the dust particles also take up metals. Also in the dust particles would then form metal silicides and it would come to silicon deposition. This is undesirable.
Mit einer Kohlenstoffzugäbe lässt sich die Gasphasennukleation wirkungsvoll unterbinden. With a carbon addition, the Gasphasennukleation can effectively prevent.
Als Kohlenstoffquelle werden Methan oder andere kohlenstoff- haltige Gase eingesetzt, wie zum Beispiel Ethan, Propan, Butan, Pentan, Ethen, Lösungsmitteldämpfe, die Iso-Formen der As carbon source, methane or other carbon-containing gases are used, such as ethane, propane, butane, pentane, ethene, solvent vapors, the iso-forms of the
Kohlenwasserstoffe, Methylsilan und weitere. Aufgrund der geringen Reaktivität von Methan bei den genannten Temperaturen wird Methan bevorzugt. Die anderen Gase sind reaktiver und ihr Methan-Equivalent kann über die unverbrauchte Menge des Hydrocarbons, methylsilane and others. Due to the low reactivity of methane at the temperatures mentioned methane is preferred. The other gases are more reactive and their methane equivalent can exceed the unused amount of
Kohlenstoffs im Abgasstrom bestimmt werden. Carbon in the exhaust stream can be determined.
Wird Kupfer als einer der Katalysatoren eingebracht, erhält man bei ansonsten gleichen Prozessbedingungen eine If copper is introduced as one of the catalysts, one obtains a otherwise identical process conditions
Polysiliciumschicht , die bei maximaler Katalysatorwirkung um das 20 -fache dicker wird. Dabei wird im Versuchsreaktor nach Fig. 1 Polysilicium auf der Siliciumseele abgeschieden. Die gleich gehaltenen Prozessbedingungen sind dabei Temperatur, Druck, Gasflüsse und Heizstrom. Verändert wird lediglich die Metallzugabe durch die Katalysatorquelle 9 in Fig. 1 Polysilicon layer, which becomes 20 times thicker with maximum catalyst action. Here, polysilicon is deposited on the silicon core in the experimental reactor of FIG. 1. The same process conditions are temperature, pressure, gas flows and heating current. Only the metal addition by the catalyst source 9 in FIG. 1 is changed
(Detailansicht siehe Fig. 2). (Detailed view, see Fig. 2).
Hierbei ist zu beobachten, dass die Maximalwirkung ab einem gewissen Gehalt nicht mehr durch Erhöhung der Metallmenge gesteigert werden kann. Allein ein geringer werdendes Wachstum bei zu geringer Versorgung wurde festgestellt. It can be observed here that the maximum effect can no longer be increased by increasing the amount of metal above a certain level. Only a slowing growth with too low supply was determined.
Wird Gold als einer der Katalysatoren eingebracht, erhält man bei ansonsten gleichen Prozessbedingungen eine If gold is introduced as one of the catalysts, one obtains a otherwise identical process conditions
Polysilciumschicht auf der Wachstumszone, die bei maximaler Katalysatorwirkung um das 60 -fache dicker wird. Hierbei ist zu beobachten, dass die Maximalwirkung ab einem gewissen Gehalt nicht mehr durch Erhöhung der Goldmenge zu steigern ist. Der Effekt ist bis zur Löslichkeitsgrenze von Gold in Silicium nicht mehr zu steigern. Polysilciumschicht on the growth zone, which is 60 times thicker with maximum catalyst action. It can be observed here that the maximum effect can no longer be increased by increasing the amount of gold above a certain content. The effect can no longer be increased up to the solubility limit of gold in silicon.
Bei der Herstellung einer Solarzelle muss vermieden werden, dass die eingebrachten Elemente das Silicium dotieren, da dies die Erstellung eines p-n-Übergangs erschwert und den In the manufacture of a solar cell must be avoided that the introduced elements doping the silicon, as this complicates the creation of a p-n junction and the
Wirkungsgrad der Solarzelle negativ beeinflusst. Solar cell efficiency negatively affected.
Eine besondere Rolle kommt hierbei dem Aluminium zu. Bei der Standard-Solarzelle wird die Kontaktierung mit Hilfe einer hoch mit Aluminium dotierten Zone durchgeführt . Dies geschieht an der p-dotierten Seite des p-n-Übergangs. Dort stört das A special role is played by aluminum. In the standard solar cell, the contacting is carried out by means of a highly doped with aluminum zone. This happens at the p-doped side of the p-n junction. That bothers you there
Aluminium als Verunreinigung nicht. Jedoch wird auf der n-Seite die Dotierung durch Aluminium gegenkompensiert. Aluminum as an impurity not. However, on the n-side, the doping is counteracted by aluminum.
Daher sind Aluminium und Elemente der 3. Hauptgruppe Therefore, aluminum and elements are the 3rd main group
(Borgruppe) als Katalysatoren ungeeignet. (Boron group) unsuitable as catalysts.
Metalle, die Gitterplätze einnehmen sind im Allgemeinen als p- oder n- dotierend aktiv. Darüber hinaus wirken die Metals that occupy lattice sites are generally active as p- or n-doping. In addition, the effect
Gitterpositionen lokal fixierend, d.h. die Diffusion ist behindert . Locating lattice positions locally, i. the diffusion is obstructed.
Daher sind B, C, Mg, Ca, Zn, Pt ungeeignet, während Li, 0, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Ag, Au interstitielle Fremdatome sind. Therefore, B, C, Mg, Ca, Zn, Pt are unsuitable while Li, O, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Ag, Au are interstitial impurities.
Um immer Metallatome an der Oberfläche zur Verfügung zu haben, sollten diese an die Oberfläche diffundieren, da sie nur dort mit der Atmosphäre der Abscheidung interagieren können. In order to always have metal atoms available on the surface, they should diffuse to the surface, as only there can they interact with the atmosphere of the deposition.
Bei Temperaturen von größer als 500°C ist dies meist gegeben. Einen auch bei niedrigen Temperaturen hohen At temperatures greater than 500 ° C this is usually the case. A high even at low temperatures
Diffusionskoeffizenten weist Kupfer auf. Um die Funktion des pn-Übergangs zu ermöglichen, müssen die Ladungsträger getrennt werden. Dies ist umso leichter möglich, je länger die Ladungsträgerlebensdauer ist. Einige der Metalle wirken auf und als Rekombinationszentren. Diffusion coefficient has copper. In order to enable the function of the pn junction, the charge carriers must be separated. This is all the more easily possible the longer the charge carrier lifetime. Some of the metals act on and as recombination centers.
Besonders vorteilhaft sind Kupfer und Silber. Particularly advantageous are copper and silver.
Die Freisetzung der Metalle im Reaktor erfolgt vorzugsweise durch Lichtbogen in die kalte Gasphase, nämlich in die Silane, bevorzugt in ein Inertgas. Die Metalle können jedoch auf andere Art in die Reaktionsgase eingebracht werden. Beispielsweise können die Metalle bereits in einem vorgelagerten Prozess in das Chlorsilan, z.B. Trichlorsilan, eingebracht werden. Auch ist es möglich, dass in einem der Abscheidung vorgelagerten Prozess Metalle dem Wasserstoff zugegeben werden. The release of the metals in the reactor is preferably carried out by arc in the cold gas phase, namely in the silanes, preferably in an inert gas. However, the metals can be incorporated in other ways in the reaction gases. For example, the metals may already be incorporated into the chlorosilane in an upstream process, e.g. Trichlorosilane, be introduced. It is also possible that metals are added to the hydrogen in a process upstream of the deposition.
Vorzugsweise werden die Metalle mittels einer gasdichten, temperaturbeständigen und temperatur- und druckwechselfesten Zündkerze eingebracht. Preferably, the metals are introduced by means of a gas-tight, temperature-resistant and temperature and pressure swing-resistant spark plug.
Ein Hochspannungsimpuls führt zu einem Lichtbogen im A high voltage pulse leads to an arc in the
Versorgungsgas des Abscheidungsprozesses . Supply gas of the deposition process.
Die Zündkerze umfasst zwei Elektroden, die jeweils ein The spark plug comprises two electrodes, each one
Katalysatormetall umfassen. Include catalyst metal.
Es können jeweils beide Elektroden komplett aus einem Both electrodes can be completely made of one
Katalysatormetall bestehen. Alternativ kann ein Consist catalyst metal. Alternatively, a
Katalysatormetall auf der Elektrodenspitze angebracht, z.B. aufgelötet oder angeschweißt, sein. Catalyst metal attached to the electrode tip, e.g. be soldered or welded, be.
Die entlassene Menge an Katalysatormetall wird durch The discharged amount of catalyst metal is through
Zündspannung und Ladung (Joule) gesteuert. Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Fig. 2 zeigt eine Detailansicht der Zündkerze. Liste der verwendeten Bezugszeichen Ignition voltage and charge (Joule) controlled. Fig. 1 shows an apparatus for carrying out the method. Fig. 2 shows a detail view of the spark plug. List of reference numbers used
11 Grafit-Stromzuführung 11 Graphite power supply
12 Stromanschluss 12 power connection
21 Zufuhr Silane: SiH4, DCS, TCS 21 Feed silanes: SiH 4 , DCS, TCS
22 Zufuhr Hilfsgase: Wasserstoff, HCl, CH4 22 Feed Auxiliary Gases: Hydrogen, HCl, CH 4
23 Abgas 23 exhaust
3 Wasserkühlung 3 water cooling
4 Silikondichtung 4 silicone gasket
5 Faltenbalg 5 bellows
6 Druckfeste Verschraubung 6 Pressure-resistant screw connection
71 IR Strahlungsfenster 71 IR radiation window
72 IR Heizlampe / Pyrometer 72 IR heating lamp / pyrometer
8 Reaktionsgefäß 8 reaction vessel
81 Siliciumseele (Wachstumszone) 81 silicon soul (growth zone)
9 Zündkerze / Katalysatorquelle 9 spark plug / catalyst source
91 Metalle 91 metals
92 Stellschraube zum Einstellen der Lichtbogenlänge 92 Adjusting screw for adjusting the arc length
In Fig. 1 wird schematisch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gezeigt. In Fig. 1, a device for carrying out the method is shown schematically.
Bei dem Reaktionsgefäß 8 handelt es sich um einen The reaction vessel 8 is a
Druckbehälter, in dem eine Siliziumseele 81 zur Abscheidung von Polysiliciumschichten gehalten wird. Pressure vessel in which a silicon core 81 is held for the deposition of polysilicon layers.
Die Halterung besteht aus zwei Grafit- Stromzuführungen 11, die derart angebracht sind, dass sie geeignet sind, Heizstrom zur Siliciumseele zuzuführen. The holder consists of two graphite power supply 11, which are mounted so that they are suitable to supply heating current to the silicon core.
Der elektrische Anschluss wird mittels Stromanschlüssen 12 hergestellt . The electrical connection is made by means of power connections 12.
Um diese Stromanschlüsse und die Komponenten der To these power connections and the components of
Silikondichtung 4 vor hohen Prozesstemperaturen zu schützen, wird die Grafit-Stromzuführung mit einer Wasserkühlung 3 Silicone gasket 4 to protect against high process temperatures, the graphite power supply with a water cooling 3
gekühlt . Die Wärmedehnung und die Dehnung des Druckgefäßes bei cooled. The thermal expansion and the expansion of the pressure vessel at
Druckänderung werden durch den Faltenbalg 5 ausgeglichen. Pressure change are compensated by the bellows 5.
Für Wartungs- und Reinigungszwecke sind die Komponenten der Prozesskammer mit einer druckfesten Verschraubung 6 For maintenance and cleaning purposes, the components of the process chamber with a pressure-resistant screw 6
verschraubt . screwed.
Da die Siliziumseele 81 bei Raumtemperatur nicht elektrisch leitfähig ist, muss sie mittels einer Infrarotheizlampe 72 auf eine Temperatur gebracht werden, bei der der Heizstrom aus den Grafit-Stromzuführungen 11 wirksam ist. Since the silicon core 81 is not electrically conductive at room temperature, it must be brought by means of an infrared heater 72 to a temperature at which the heating current from the graphite power supply lines 11 is effective.
Für diese Aufheizung ist das Reaktionsgefäß 8 mit einem For this heating, the reaction vessel 8 with a
Infrarot Strahlungsfenster 71 versehen. Nach dem Ausschwenken der HIR-Heizeinrichtung wird das IR- Strahlungsfenster 71 dazu verwendet, die Vorgänge im Inneren des Reaktionsgefäßes zu beobachten, insbesondere mittels eines IR-Pyrometers 72 die Temperatur zu überwachen. Für die Abscheidung von Polysilizium sind Prozessgase Infrared radiation window 71 provided. After swinging out the HIR heating device, the IR radiation window 71 is used to observe the processes inside the reaction vessel, in particular by means of an IR pyrometer 72 to monitor the temperature. For the deposition of polysilicon are process gases
notwendig . necessary.
Die Zufuhr der Silane 21 erfolgt am Kammerboden, ebenso die Zufuhr der Hilfsgase 22. The supply of silanes 21 takes place at the bottom of the chamber, as well as the supply of the auxiliary gases 22.
Die Abführung des Abgases 23 erfolgt im oberen Bereich der Prozesskammer . The discharge of the exhaust gas 23 takes place in the upper region of the process chamber.
Die Katalysatoren werden in den Strom der Hilfsgase 22 The catalysts are in the flow of auxiliary gases 22
eingebracht . brought in .
Die katalytisch wirksamen Metalle werden dabei mittels einer leicht veränderten Zündkerze 9 freigesetzt. Die Zündkerze dient als Katalysatorquelle. In Fig. 2 wird die Zündkerze 9 genauer gezeigt. The catalytically active metals are released by means of a slightly changed spark plug 9. The spark plug serves as a catalyst source. In Fig. 2, the spark plug 9 is shown in more detail.
Der zwischen den Elektroden der Zündkerze bestehende Lichtbogen mobilisiert durch die Plasma-Entladung Metalle 91 aus den Elektroden. The existing between the electrodes of the spark plug arc mobilized by the plasma discharge metals 91 from the electrodes.
Mit einer Stellschraube 92 zur Einstellung der Lichtbogenlänge kann der Abstand zwischen den Elektroden eingestellt und nachjustiert werden. The distance between the electrodes can be adjusted and readjusted with a set screw 92 for adjusting the arc length.
Die Menge und das Mengenverhältnis der freigesetzten Metalle werden durch den Elektrodenabstand, die Zündspannung, die Ladung, und die Spitzenwinkel der Elektroden eingestellt. Führt man Entladungen unter gleichen Verhältnissen durch, bis die nachweisgrenze der Metalle weit überschritten ist, kann die Metallmenge einer Einzelentladung zugeordnet werden und dadurch Mengenverhältnisse unterhalb der Nachweisgrenzen eingestellt werden . The amount and the proportion of the released metals are adjusted by the electrode spacing, the ignition voltage, the charge, and the tip angles of the electrodes. If discharges are carried out under the same conditions until the detection limit of the metals has been far exceeded, the amount of metal can be assigned to a single discharge and thus quantitative ratios below the detection limits can be set.
Claims
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102013201608.5A DE102013201608A1 (en) | 2013-01-31 | 2013-01-31 | Method of depositing polycrystalline silicon |
| DE102013201608.5 | 2013-01-31 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2014118019A1 true WO2014118019A1 (en) | 2014-08-07 |
Family
ID=50033471
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/EP2014/050880 Ceased WO2014118019A1 (en) | 2013-01-31 | 2014-01-17 | Method for depositing polycrystalline silicon |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE102013201608A1 (en) |
| TW (1) | TW201429870A (en) |
| WO (1) | WO2014118019A1 (en) |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4481232A (en) | 1983-05-27 | 1984-11-06 | The United States Of America As Represented By The Department Of Energy | Method and apparatus for producing high purity silicon |
| US4759830A (en) | 1986-08-19 | 1988-07-26 | Ciba-Geigy Ag | Process for the production of polycrystalline silicon coatings by electrolytic deposition of silicon |
| WO2006094714A1 (en) * | 2005-03-05 | 2006-09-14 | Joint Solar Silicon Gmbh & Co. Kg | Reactor and method for producing silicon |
| EP2036117A1 (en) | 2006-06-15 | 2009-03-18 | Electronics and Telecommunications Research Institute | Method of manufacturing silicon nanowires using silicon nanodot thin film |
| EP2077252A2 (en) | 2007-11-28 | 2009-07-08 | Mitsubishi Materials Corporation | Polycrystalline silicon manufacturing apparatus and manufacturing method |
| EP2082419A2 (en) | 2006-11-07 | 2009-07-29 | Nanosys, Inc. | Systems and methods for nanowire growth |
| WO2010074674A1 (en) * | 2008-12-23 | 2010-07-01 | Arise Technologies Corporation | Method and apparatus for silicon refinement |
| EP2431329A1 (en) * | 2010-09-15 | 2012-03-21 | Wacker Chemie AG | Method for producing thin silicon rods |
| EP2607310A1 (en) * | 2011-12-21 | 2013-06-26 | Wacker Chemie AG | Polycrystalline silicon |
-
2013
- 2013-01-31 DE DE102013201608.5A patent/DE102013201608A1/en not_active Withdrawn
-
2014
- 2014-01-17 WO PCT/EP2014/050880 patent/WO2014118019A1/en not_active Ceased
- 2014-01-28 TW TW103103136A patent/TW201429870A/en unknown
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4481232A (en) | 1983-05-27 | 1984-11-06 | The United States Of America As Represented By The Department Of Energy | Method and apparatus for producing high purity silicon |
| US4759830A (en) | 1986-08-19 | 1988-07-26 | Ciba-Geigy Ag | Process for the production of polycrystalline silicon coatings by electrolytic deposition of silicon |
| US4773973A (en) | 1986-08-19 | 1988-09-27 | Ciba-Geigy Ag | Process for the production of polycrystalline silicon coatings by electrolytic deposition of silicon |
| WO2006094714A1 (en) * | 2005-03-05 | 2006-09-14 | Joint Solar Silicon Gmbh & Co. Kg | Reactor and method for producing silicon |
| EP2036117A1 (en) | 2006-06-15 | 2009-03-18 | Electronics and Telecommunications Research Institute | Method of manufacturing silicon nanowires using silicon nanodot thin film |
| EP2082419A2 (en) | 2006-11-07 | 2009-07-29 | Nanosys, Inc. | Systems and methods for nanowire growth |
| EP2077252A2 (en) | 2007-11-28 | 2009-07-08 | Mitsubishi Materials Corporation | Polycrystalline silicon manufacturing apparatus and manufacturing method |
| WO2010074674A1 (en) * | 2008-12-23 | 2010-07-01 | Arise Technologies Corporation | Method and apparatus for silicon refinement |
| EP2431329A1 (en) * | 2010-09-15 | 2012-03-21 | Wacker Chemie AG | Method for producing thin silicon rods |
| EP2607310A1 (en) * | 2011-12-21 | 2013-06-26 | Wacker Chemie AG | Polycrystalline silicon |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW201429870A (en) | 2014-08-01 |
| DE102013201608A1 (en) | 2014-07-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Liu et al. | Vertically aligned two-dimensional SnS 2 nanosheets with a strong photon capturing capability for efficient photoelectrochemical water splitting | |
| EP1223146B1 (en) | Apparatus and process for producing polycrystalline silicon rods | |
| EP2662334B1 (en) | Granular polycrystalline silicon and production thereof | |
| DE69621348T2 (en) | METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING POLYCRISTALLINE SILICON AND METHOD FOR PRODUCING A SILICON SUBSTRATE FOR A SOLAR CELL | |
| US20090130333A1 (en) | Apparatus and Methods for Preparation of High-Purity Silicon Rods Using Mixed Core Means | |
| EP2794477B1 (en) | Polycrystalline silicon rod and method for producing polysilicon | |
| EP0039417A1 (en) | Process for producing silicon | |
| EP1855993B1 (en) | Reactor and method for producing silicon | |
| EP2551239B1 (en) | Process for producing polysilicon | |
| EP1936012B1 (en) | Method for manufacturing crystallised silicon and crystallised silicon | |
| DE112008002370T5 (en) | Process for the production of silicon | |
| EP2607310B1 (en) | Polycrystalline silicon | |
| EP2719663B1 (en) | Process for deposition of polycrystalline silicon | |
| DE102010040093A1 (en) | Process for producing polycrystalline silicon | |
| DE102011077455B4 (en) | Method for the determination of impurities in silicon and reactor for the deposition of polycrystalline silicon | |
| DE112010004412T5 (en) | METHOD FOR CLEANING METALLURGICAL SILICON | |
| DE2816234A1 (en) | METHOD OF DOPING HIGHLY PURE SILICON IN AN ARC HEATER | |
| DE102008013544A1 (en) | Process for the production of silicon with high purity | |
| DE102005044328A1 (en) | Polycrystalline silicon for use in solar energy production is produced by passing silane gas over heated silicon seed rod in sealed reactor at high temperature, so that it is thermally decomposed or reduced with hydrogen | |
| DE3000802A1 (en) | Silicon prodn. by decomposition or redn. of silicon cpd. in plasma - produced in carrier gas stream gives pure silicon at very low cost | |
| Liang et al. | Microstructural characterization of sulfur-doped Bi2Te3 crystals | |
| WO2010012273A2 (en) | Process for removing nonmetallic impurities from metallurgical silicon | |
| WO2014118019A1 (en) | Method for depositing polycrystalline silicon | |
| DE2316602A1 (en) | PROCESS FOR MANUFACTURING POLYCRYSTALLINE SILICONE | |
| DE112006003557T5 (en) | Process for producing polycrystalline silicon |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 14702461 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 14702461 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |