DE1134518B - Verfahren zur Granulierung und gleichzeitigen Dotierung von schmelzbarem Halbleitermaterial - Google Patents

Description

Die Zerkleinerung von technisch reinen Halbleitermaterialien bereitet keine Schwierigkeiten. In den meisten Fällen wird das grobstückige Ausgangsprodukt vorzerkleinert, gebrochen und schließlich durch Sieben in die gewünschten Korngrößen aufgeteilt. Diese Arbeitsweise ist nur dann möglich, wenn die Verunreinigungen, die während des mechanischen Zerkleinerns in das Material gelangen, nicht stören. Bei hochreinen Halbleitermaterialien kann man deshalb die mechanische Zerkleinerung nicht benutzen.

Es wurde nun ein Verfahren zur Granulierung und gleichzeitigen Dotierung von schmelzbarem Halbleitermaterial gefunden, wobei man das grobstückige Ausgangsmaterial kontinuierlich oder portionsweise aufschmilzt und im Vakuum oder im Schutzgas abtropfen läßt. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Tropfen in einem Gas oder in einer Flüssigkeit erstarren gelassen werden, welche Dotierstoffe enthalten.

Als Ausgangsmaterial eignen sich große kompakte oder poröse Stücke beliebiger Form, z. B. Klumpen, Stäbe oder Rohre.

Das Aufschmelzen geschieht vorteilhafterweise mittels elektrischer Hochfrequenz, Plasmabrenner, heißen Gasen, Elektronen-, Ionenbombardement und/oder durch einen Lichtbogen, der zwischen zwei oder mehreren Ausgangskörpern brennt, die in dem Maße, wie das Halbleitermaterial aufschmilzt und abtropft, verbraucht werden. Die verwendete Erhitzungsart hängt von der Vorrichtung ab, in der gearbeitet wird, und von den Eigenschaften, welche das Endprodukt besitzen soll. So bietet beispielsweise die elektrische Hochfrequenz die Möglichkeit, die Heizspule außerhalb der Vorrichtung anzuordnen und die Gefäßwände kalt zu halten. Bei der Verwendung eines Plasma-Brenners kann mit dem »Brenngas« dotiert werden. Wird ein Lichtbogen benutzt, so können die Ausgangskörper gleichzeitig als Elektroden dienen. Das Lichtbogenschmelzen ist einfach und läßt sich bei Vakuum und Überdruck durchführen.

Um jede Verunreinigung zu vermeiden, wird das Aufschmelzen so durchgeführt, daß die Schmelze keine Gefäßwände berührt. Vorteilhafterweise läßt man die Schmelze zu einem Tropfen zusammenlaufen, der bei ausreichender Größe von selbst durch mechanisches Erschüttern oder durch elektromagnetische Kräfte abgelöst wird und in einer Gas- oder Flüssigkeitsatmosphäre erstarrt.

Als Gase eignen sich gasförmige oder verdampfte Verbindungen des zu granulierenden Materials, bei Silicium ζ. B. SiUciumtetrachlorid oder Silicium-Verfahren zur Granulierung

und gleichzeitigen Dotierung

von schmelzbarem Halbleitermaterial

Anmelder:

Wacker-Chemie G. m. b. H.,
München 22, Prinzregentenstr. 20

Dr. Eduard Enk und Dr. Julius Nicki,

Burghausen (Obb.),
sind als Erfinder genannt worden

chloroform und Homologe oder siliciumorganische Verbindungen, wie Siliconöle, oder inerte Gase, Wasserstoff, Edelgase, Kohlenmonoxyd sowie Halogenwasserstoffe bzw. Gemische dieser Substanzen, welche bestimmte und gewollte Verunreinigungen, z. B. Dotierstoffe, enthalten. Dabei sind unter Dotierstoffen solche Stoffe zu verstehen, welche dem Ausgangsmaterial nach der Behandlung bestimmte Eigenschaften verleihen, z. B. elektrische, magnetische, optische oder thermische.

Mit verhältnismäßig geringen Gasmengen kann man arbeiten, wenn das Kühlgas im Kreislauf geführt wird und den fallenden Halbleiterteilchen entgegenströmt. Durch die Geschwindigkeit des strömenden Gases ist es möglich, die Fallzeit des Halbleitermaterials zu regeln und den Grad der Abkühlung zu steuern.

Das Verfahren wird wie folgt durchgeführt: In einem topfförmigen Gefäß 1 (s. Abbildung) aus Quarzglas befindet sich ein flüssiges Siliciumtetrachlorid mit einer Temperatur von etwa 0° C, in das von oben her Siliciumteilchen einfallen und darin erstarren. Das Siliciumtetrachlorid enthält als Dotierstoff Phosphortrichlorid in einer Konzentration von 0,08 Gewichtsprozent.

Das Ausgangsmaterial, eine etwa 50 mm starke Siliciumstange 2, wird von oben her in die feststehende Hochfrequenzspule 3 eingeführt, die außerhalb des Quarzrohres 4 liegt. Durch mechanisches Erschüttern des Siliciumstabes 2 wird erreicht, daß

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die gewünschte Korngröße entsteht. Wenn der Behälter 1 mit Siliciumgranulat gefüllt ist, wird über Leitung 5 und Hahn 6 das Sih'ciumtetrachlorid abgelassen, kurz evakuiert und gleichzeitig auf etwa 10O⁰C erhitzt. Schließlich wird über Hahn 7 mit 10°/oiger Flußsäure und anschließend mit reinstem destillierten Wasser nachgespült und bei geschlossenen Leitungen 5 und 7 über Leitung 8 evakuiert, wobei gleichzeitig der Behälter 1 auf etwa 100⁰C geheizt wird.

Beim Erstarren der Siliciumteilchen wird ein Teil des Phosphors in das Silicium eingebaut und verursacht eine n-Leitung.

An Stelle des Phosphortrichlorids können auch Borverbindungen, im Siliciumtetrachlorid gelöst, verwendet werden, beispielsweise Bortrichlorid bzw. Borwasserstoff. Die Konzentrationen liegen ebenfalls in der obengenannten Größenordnung, vorzugsweise im Bereich von V1000 bis V10 Gewichtsprozent. Durch die Borverbindungen wird in dem Silicium eine p-Leitung verursacht.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Granulierung und gleichzeitigen Dotierung von schmelzbarem Halbleitermaterial, wobei man das grobstückige Ausgangsmaterial kontinuierlich oder portionsweise aufschmilzt und im Vakuum oder im Schutzgas abtropfen läßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Tropfen in einem Gas oder in einer Flüssigkeit erstarren gelassen werden, welche Dotierstoffe enthalten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufschmelzen durch einen elektrischen Lichtbogen erfolgt, der zwischen zwei Elektroden brennt, die aus dem Ausgangsmaterial bestehen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufschmelzen mittels eines Plasma-Brenners erfolgt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.- Patentschrift Nr. 2 866 700.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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