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DE1151782B - Verfahren zum Herstellen hochgereinigter einkristalliner Halbleiterstaebe - Google Patents

Verfahren zum Herstellen hochgereinigter einkristalliner Halbleiterstaebe

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Publication number
DE1151782B
DE1151782B DES58066A DES0058066A DE1151782B DE 1151782 B DE1151782 B DE 1151782B DE S58066 A DES58066 A DE S58066A DE S0058066 A DES0058066 A DE S0058066A DE 1151782 B DE1151782 B DE 1151782B
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Germany
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semiconductor
gaseous compound
highly purified
counter electrodes
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Inventor
Dr Karl Siebertz
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Siemens Corp
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Siemens Corp
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Description

Im Hauptpatent wird ein Verfahren zum Herstellen hochgereinigter einkristalliner Halbleiterstäbe, insbesondere aus Silizium, mittels eines Keims durch Ziehen aus einer tiegellosen Schmelze beansprucht, bei dem das auf dem aufgeschmolzenen Teil eines als Träger dienenden Halbleiterstabes durch Zersetzen einer hochreinen gasförmigen Verbindung dieses Materials erhaltene Material niedergeschlagen und ein im Vergleich zum Träger dünner Halbleiterstab daraus gezogen wird.
Bei diesem Verfahren wird die Schmelzzone induktiv auf die Zersetzungstemperatur der in das Reaktionsgefäß geleiteten gasförmigen Verbindung des Halbleitermaterials erhitzt. Das hat den Nachteil, daß unter Umständen das Silizium aus der gasförmigen Verbindung nicht nur an der Oberfläche der Schmelzzone, sondern auch an den kälteren Teilen abgeschieden wird.
Dieser Nachteil wird bei einem Verfahren zum Herstellen hochgereinigter einkristalliner Halbleiterstäbe, insbesondere aus Silizium, mittels eines Keims durch Ziehen aus einer tiegellosen Schmelze, bei dem das auf dem aufgeschmolzenen Teil eines als Träger dienenden Halbleiterstabes durch Zersetzen einer hochreinen gasförmigen Verbindung dieses Materials erhaltene Material niedergeschlagen und ein im Vergleich zum Träger dünner Halbleiterstab daraus gezogen wird, vermieden, wenn erfindungsgemäß die Schmelzzone die eine Elektrode einer oder mehrerer Gasentladungen, vorzugsweise Glimmbogenentladungen, bildet und die hochreine gasförmige Verbindung des Materials auf die Schmelzzone gerichtet zugeführt wird.
Vorteilhaft wird dabei die von der Schmelzzone gebildete Elektrode als Kathode geschaltet.
Der Vorteil der Verwendung einer Glimmbogenentladung, die eine Sonderform der Bogenentladung darstellt, besteht darin, daß der Bogen an der Kathode nicht in einem Brennfleck, sondern wie bei der Glimmentladung über eine große Fläche verteilt ansetzt, so daß die durch die Entladung auf die Schmelztemperatur gebrachte Zone des Halbleiterstabes und damit die Reaktionszone ebenfalls großflächig ist. Ferner ist die Wärmeentwicklung an der Kathode und auch die Zersetzung des Reaktionsgases in dem hohen Kathodenfall des Glimmbogens wirksamer.
Um eine gleichmäßige Erhitzung der Schmelzzone und eine gleichmäßige Abscheidung des Halbleitermaterials zu erzielen, ist es zweckmäßig, mehrere mit dem Pluspol verbundene Gegenelektroden kreisförmig um die Schmelzone anzuordnen, von denen aus Verfahren zum Herstellen
hochgereinigter einkristalliner Halbleiterstäbe
Zusatz zum Patent 1141 255
Anmelder:
Siemens & Halske Aktiengesellschaft,
Berlin und München,
München 2, Wittelsbacherplatz 2
Dr. Karl Siebertz, München-Obermenzing,
ist als Erfinder genannt worden
dann mehrere Glimmbögen parallel brennen. Um außerdem den die Siliziumverbindung enthaltenden Gasstrom direkt auf die Schmelzzone zu richten, ist es besonders günstig, die Gegenelektroden zu durch-
bohren und das Reaktionsgas durch die Gegenelektroden hindurch einzuleiten.
In der Fig. 1 ist eine Apparatur im Längsschnitt dargestellt, wie sie bereits vorgeschlagen wurde. Erfindungsgemäß ist die Induktionsspule zur Aufheizung der Schmelzzone, an der die Zersetzung der hochreinen gasförmigen Verbindung des Halbleitermaterials erfolgt, durch die Elektroden, die als Anoden der Glimmbogenentladung dienen, ersetzt. In das Reaktionsgefäß 1, das z. B. aus Quarz besteht, sind die Gasableitung 9 und die Gegenelektroden, von denen zwei im Schnitt dargestellt und mit 10 und 12 bezeichnet sind, eingelassen. Innerhalb dieses Gefäßes ist ein polykristalliner Stab 2 aus Halbleitermaterial angebracht, an dessen oberem Ende sich die
Schmelzzone 4, in die der Einkristallkeim 5 eintaucht, befindet. Außerdem kann z. B. im Reaktionsgefäß eine Spule 6 angeordnet sein, durch deren elektromagnetisches Feld die Schmelzzone unterstützt wird. Die erhaltenen glatten zylindrischen Halbleiter-Ein-
kristallstäbe können dann durch eine hier nur schematisch angedeutete Dichtungsmuffe 7 aus dem Reaktionsraum herausgezogen werden. Die Halterung des dicken Halbleiterstabes 2 ist ebenfalls durch eine Dichtungsmuffe 8 aus dem Gefäß herausgeführt. Der
dünne Halbleiterstab 3 und die Halterung 14 sind drehbar angeordnet. Auch der dicke Halbleiterstab 2 kann drehbar angeordnet und in der Längsachse ver-
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schiebbar sein, um größere Symmetrie der Temperatur zu erreichen und notfalls zur Korrektur des kontinuierlichen Vorgangs Material nachschieben oder entfernen zu können.
Die Fig. 2 zeigt einen Querschnitt der Anordnung, bei der z. B. fünf Gegenelektroden 10,12,15,18 und 19 in das Reaktionsgefäß eingelassen sind, von denen aus mehrere Glimmbögen parallel brennen. Diese Gegenelektroden sind, um eine gleichmäßige Erhitzung und Abscheidung zu erreichen, kreisförmig um die Schmelzzone angeordnet. Die Gleichmäßigkeit von Erhitzung und Abscheidung kann außerdem beispielsweise durch Rotation der Schmelzzone noch erhöht werden. Die Gegenelektroden sind zweckmäßig aus Kupfer und werden, um zu vermeiden, daß sich Halbleitermaterial auf ihnen abscheidet, durch eine in die Figur nicht eingezeichnete Vorrichtung mit Wasser gekühlt. In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Gegenelektroden durchbohrt und Zufuhrungen 11, 13, 16, 17 und 20 für das Re- ao aktionsgas in sie eingelassen, so daß der Gasstrom direkt auf die Schmelzzone gerichtet ist und die Abscheidung an dieser Stelle gefördert wird.
Die Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei welcher die Gegenelektrode durch einen geschlossenen Kreisring 21 gebildet wird, der der Schmelzzone gegenübersteht und durch den hindurch der Einkristall gezogen wird. Es muß dann noch eine geeignete Gaszuführung in das Reaktionsgefäß eingelassen sein. Um auch in diesem Fall die gleichmäßige Verteilung der Erhitzung zu sichern bzw. eine Konzentration und Lokalisierung des Glimmbogens an einer Stelle zu vermeiden, wird der Glimmbogen durch ein wesentlich radial zur Anordnung bzw. senkrecht zur Stromrichtung des Bogens angeordnetes Magnetfeld in Rotation versetzt. Es ist außerdem eine günstige Nebenwirkung dieser Maßnahme, daß der Potentialgradient der Säule des Glimmbogens dabei erhöht und die Zersetzung der Siliziumverbindung gefördert, d. h. die je Zeiteinheit abgeschiedene Menge des Halbleitermaterials vergrößert wird.
Selbstverständlich können der gasförmigen Halbleiterverbindung dotierende Substanzen beigemengt werden, so daß ein Einkristallstab definierter Leitfähigkeit bzw. durch intermittierende Beigabe der Dotierungssubstanz zum Reaktionsgas ein Halbleiterstab mit p-n-Übergängen gezogen werden kann.

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Herstellen hochgereinigter einkristalliner Halbleiterstäbe, insbesondere aus Silizium, mittels eines Keims durch Ziehen aus einer tiegellosen Schmelze, bei dem das auf dem aufgeschmolzenen Teil eines als Träger dienenden Halbleiterstabes durch Zersetzen einer hochreinen gasförmigen Verbindung dieses Materials erhaltene Material niedergeschlagen und ein im Vergleich zum Träger dünner Halbleiterstab daraus gezogen wird, nach Patent 1 141 255, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzzone die eine Elektrode einer oder mehrerer Gasentladungen, vorzugsweise Glimmbogenentladungen, bildet und daß die hochreine gasförmige Verbindung des Materials auf die Schmelzzone gerichtet zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Glimmbogenentladung eine Gleichstromentladung ist, bei der die Kathode durch die Schmelzzone selbst gebildet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Gegenelektroden kreisförmig um die Schmelzzone angeordnet werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenelektroden durchbohrt sind und die gasförmige Verbindung des Halbleitermaterials durch sie hindurch zugeführt wird.
In Betracht gezogene Druckschriften: Belgische Patentschrift Nr. 525 102; französische Patentschrift Nr. 1131 422.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
© 309 648/174 7.63
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