DE1198321B

DE1198321B - Verfahren zur Herstellung von Halbleitermaterial grosser Reinheit

Info

Publication number: DE1198321B
Application number: DEI15855A
Authority: DE
Inventors: Henley Frank Sterling; Frederick John Raymond
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1958-01-06
Filing date: 1958-12-31
Publication date: 1965-08-12

Description

Verfahren zur Herstellung von Halbleitermaterial großer Reinheit Es ist bereits bekannt, sehr reines Silicium durch thermische Zersetzung von .Siliciumwasserstoff herzustellen. Dabei strömt reiner Siliciumwasserstoff mit Inertgas verdünnt oder unter vermindertem Druck auf mindestens einen, auf die Zersetzungstemperatur des Siliciumwasserstoffs erhitzten Siliciumkeim, an dem sich der größte Teil des Siliciumwasserstoffs zersetzt und Silicium niederschlägt.
Auch andere Wasserstoffverbindungen von Halbleiterstoffen wurden auf einer erhitzten Oberfläche zersetzt und so zusammenhängende Halbleiterkörper hergestellt.
Es ist auch bekannt, schwer schmelzbare Metalle in einem gekühlten Tiegel aus elektrisch leitendem Material unter Verwendung von Hochfrequenzströmen zu schmelzen.
Ferner ist ein Verfahren zum Schmelzen halbleitenden Materials bekannt, bei dem ein Teil des Schmelzgutes mittels Strahlung vorerhitzt wird, bevor das Schmelzgut dem Hochfrequenzfeld ausgesetzt wird. Dabei wird eine ungeschmolzene Schicht auf der inneren Tiegeloberfläche erhalten.
Außerdem war es bekannt, Einkristalle aus Schmelzen halbleitender Stoffe zu ziehen, die Zusätze an Akzeptoren bzw. Donatoren enthalten.
Schließlich ist auch ein tiegelfreies Verfahren zum Herstellen von Silicium hoher Reinheit bekannt, bei dem entsprechende Verbindungen thermisch zersetzt und auf einem dünnen Draht niedergeschlagen werden, der aus demselben Stoff besteht wie der herzustellende Kristall. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß die relativ kleine Unterlage nur die Herstellung einer verhältnismäßig geringen Siliciummenge pro Zeiteinheit erlaubt.
Es wurde auch bereits eine Vorrichtung zum Ziehen von Einkristallen aus Halbleitermaterial, z. B. Silicium, vorgeschlagen, die aus einem Tiegel mit hohlen Wänden aus einem Material mit großer elektrischer und thermischer Leitfähigkeit, z. B. Kupfer, Silber oder Gold, besteht, der durch eine hindurchfließende Flüssigkeit gekühlt wird und in dem das Halbleitermaterial durch die Wirkung einer elektrischen Induktionsspule geschmolzen wird, die den Tiegel derart umgibt, daß sich die Schmelze von den Tiegelwänden abhebt.
Gegenüber dem obenerwähnten Abscheideverfahren auf einen Draht kann Halbleitermaterial auf einer größeren Fläche und somit in der gleichen Zeit mehr Halbleitermaterial niedergeschlagen werden, wenn erfindungsgemäß ein flüssigkeitsgekühlter, geschmolzenes Halbleitermaterial enthaltender Hohltiegel aus einem Metall mit großer elektrischer und thermischer Leitfähigkeit zur Herstellung von gegebenenfalls dotiertem Halbleitermaterial großer Reinheit durch Niederschlagen der bei der thermischen Zersetzung der Wasserstoffverbindungen des Halbleiters und der gegebenenfalls beigemischten Hydride von Störstellenmaterial entstehenden Stoffe auf der Schmelze verwendet wird.
Die Verwendung des Tiegels zur Herstellung von Silicium ist an Hand der Zeichnungen näher beschrieben.
Der Tiegel l ist mit den Zu- und Ableitungsrohren 2 und 3 versehen, welche zum Durchleiten von Kühlwasser durch die hohlen Wände des Tiegels dienen. Der Tiegel 1 ist in einem zylindrischen Gefäß 4 aus Quarz angeordnet, das durch die Abschlüsse 5 und 6 verschlossen ist, durch welche die Rohre 2 und 3 dicht hindurchgeführt sind. An das Gefäß 4 schließen sich zwei senkrechte Zylinder 7 und 8 an, die mit dem Gefäß 4 dicht verbunden sind. Der Zylinder 8 ist an seinem oberen Ende geschlossen. Durch den Abschluß führt das Einleitungsrohr 9 hindurch, das nach unten bis dicht über den Tiegel 1 reicht. Der senkrechte Zylinder 7 ist oben ebenfalls abgeschlossen. Durch diesen Abschluß ist ein kurzes Rohr 10 und ein Stab 11 dicht hindurchgeführt. Ein weiteres Rohr 12 ist dicht durch den Abschluß 5 des Zylinders 4 hindurchgeführt.
Silicium wird in den Tiegel 1 eingebracht und nach Vorheizung mittels der durch die Spule 13 erzeugten Induktionsströme geschmolzen. Siliciumwasserstoffgas wird dann durch das Rohr 9 eingeleitet und eine Vakuumpumpe 'am Rohr 12° angeschlossen. Der Siliciumwasserstoff kann auch mit einem inerten Gas gemischt werden, oder er kann unter Druck durch die Vorrichtung gepumpt werden, was von der Temperatur- abhängt, auf Welche `das Silicium im Tiegel erhitzt wird. Das Silicium wird auf 500° C erhitzt. Die Temperatur- wird dann so weit gesteigert, daß das Silicium schmilzt. Der @iIiciumwasserstoff zersetzt sich thermisch; und das Silicium schlägt sich auf der Oberfläche des in dem Tiegel befindlichen Siliciums nieder und schmilzt ein.
Der bei der Zersetzung des Siliciumwasserstoffes entstehende Wasserstoff; das Trägergas und der nicht zersetzte Siliciumwasserstoff werden durch das Rohr 12 entfernt.
Aus der Siliciumschmelze kann direkt ein, einkristalliner Siliciumstab gezogen werden, wenn ein einkristalliner Kristallkeim am unteren Ende des Stabes 11 befestigt und der Stab in dem -Maße nach oben bewegt wird, wie der einkristalline Körper 14 wächst und gleichzeitig ein inertes Gas, z. B. Argon, durch das Einleitungsrohr 10 in die Vorrichtung eingeleitet wird.
Das eingeschmolzene Material kann aus dem Tiegel auch durch eine einfache Überlaufvorrichtung entfernt werden.
Um Halbleitermaterial mit einem definierten Gehalt an wirksamen Störstoffen abzuscheiden, werden flüchtige Hydride eines oder mehrerer solcher Störstoffe dem Halbleiterhydrid, das durch das Rohr 9 in den Apparat eingeleitet wird, beigemischt. Diese Hydride müssen in einer größeren Konzentration vorhanden sein, als der Konzentration der Störstoffe im Halbleitermaterial entspricht, da infolge der verhältnismäßig geringen Konzentration der Störstoffhydride eine 100°/oige Zersetzung- dieser Hydride nicht möglich ist. Den Hydriden von Silicium und Germanium können die Hydride von Bor, Gallium, `Phosphor, Arsen; Antimon und Wismut- zugesetzt-wehdeh: Gal= liumhydrid ist bei normaler Temperatur eine Flüssigkeit, es kann jedoch eine genügende Menge davon in. den gasförmigen-Zustand gebracht und mit Germanium oder Siliciumhydrid gemischt werden, so daß es in der erforderlichen Konzentration im Halbleiter vorhanden ist.

Claims

Patentanspruch: Verwendung eines (;flüssigkeitsgekühlten, geschmolzenes Halbleitermaterial enthaltenden Hohltiegels aus einem Metall mit großer elektrischer und thermischer Leitfähigkeit zur Herstellung -von gegebenenfalls dotiertem Halbleiter=' material großer Reinheit durch Niederschlagen der bei der thermischen Zersetzung der Wasserstoffverbindungen des Halbleiters und der gegebenenfalls beigemischten Hydride von Störstellenmaterial entstehenden Stoffe auf der Schmelze. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 518 499, 865 160, 1031521; deutsche Auslegeschrift Nr. 1017 795; deutsche Auslegeschrift S 34548 VIIIc/21g (bekanntgemacht am 23. B. 1956); deutsche Patentanmeldung T 6541 VIII c / 21g (bekanntgemacht am 28.1.1954); französische Patentschrift Nr. 1125 207.