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Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Dünnstabs

IP.com Disclosure Number: IPCOM000233347D
Publication Date: 2013-Dec-10
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Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Dünnstabs

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Dünnstabs.

Silicium-Dünnstäbe werden zur Abscheidung von polykristallinem Silicium verwendet.

Polykristallines Silicium (kurz: Polysilicium) dient als Ausgangsmaterial bei der Herstellung von einkristallinem Silicium mittels Tiegelziehen (Czochralski- oder CZ- Verfahren)- oder mittels Zonenschmelzen (Floatzone oder FZ-Verfahren). Dieses einkristalline Silicium wird in Scheiben (Wafer) zertrennt und nach einer Vielzahl von mechanischen, chemischen und chemo-mechanischen Bearbeitungen in der Halbleiterindustrie zur Fertigung von elektronischen Bauelementen (Chips) verwendet.

Insbesondere wird aber polykristallines Silicium in verstärktem Maße zur Herstellung von ein- oder multikristallinem Silicium mittels Zieh- oder Gieß-Verfahren benötigt, wobei dieses ein- oder multikristalline Silicium zur Fertigung von Solarzellen für die Photovoltaik dient.

Das polykristalline Silicium, oft auch kurz Polysilicium genannt, wird üblicherweise mittels des Siemens-Prozesses hergestellt. Dabei werden in einem glockenförmigen Reaktor ("Siemens-Reaktor") Dünnstäbe aus Silicium durch direkten Stromdurchgang erhitzt und ein Reaktionsgas enthaltend eine Silicium enthaltende Komponente und Wasserstoff eingeleitet.

Die Silicium-Dünnstäbe weisen üblicherweise eine Kantenlänge von 3 bis 15 mm auf.

Als Silicium enthaltende Komponenten kommen beispielsweise Siliciumhalogenverbindungen wie Siliciumchlorverbindungen, insbesondere

Chlorsilane in betracht. Die Silicium enthaltende Komponente wird zusammen mit Wasserstoff in den Reaktor eingeleitet. Bei Temperaturen von mehr als 1000 °C wird auf den Dünnstäben Silicium abgeschieden. Dabei ergibt sich schließlich ein Stab mit polykristallinem Silicium. In DE 1 105 396 sind die Grundprinzipien des Siemens- Prozesses beschrieben.

Bezüglich der Herstellung von Dünnstäben ist aus DE 1 177 119 B bekannt, Silicium auf einem Trägerkörper aus Silicium (= Dünnstab) abzuscheiden, anschließend davon

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einen Teil abzutrennen und diesen abgetrennten Teil wiederum als Trägerkörper für die Abscheidung von Silicium zu verwenden. Das Abtrennen kann mechanisch, z.B. mittels Zersägen, oder elektrolytisch mittels eines Flüssigkeitsstrahls erfolgen.

Beim mechanischen Abtrennen von Dünnstäben wird deren Oberfläche jedoch mit

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Metallen sowie mit Bor-, Phosphor-, Aluminium- und Arsenverbindungen kontaminiert. Die Oberflächenkontamination mit Metallen liegt nach mechanischer Abtrennung mit metallgebundenen Sägeblättern bei 0,1- 1 ppmw (parts per million by weight) oder höher. Die mittlere Belastung mit B, P, Al und As beträgt etwa 1 ppba (parts per billion atomic) oder mehr.

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Daher ist es üblicherweise nötig, die Dünnstäbe einer Oberflächenreinigung zu unterziehen, bevor sie zur Abscheidung von Silicium ve...