DE1281396B

DE1281396B - Vorrichtung zum Herstellen von kristallinem Halbleitermaterial

Info

Publication number: DE1281396B
Application number: DES71471A
Authority: DE
Inventors: Max Heim
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1960-11-30
Filing date: 1960-11-30
Publication date: 1968-10-24
Also published as: NL271345A; CH414572A; BE610917A; GB949649A; SE301632B; US3240623A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

Deutsche Kl.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

BOId;

B Ol j; C 01b;
C 23 c

12c-2

12 g-17/32; 12i-33/02;

48 b-11/00

P 12 81 396.6-43 (S 71471)

30. November 1960

31. Oktober 1968

Für ein Verfahren zum Vorheizen von Formungen für die Abscheidung hochohmiger Halbleitermaterialien aus gasförmigen Verbindungen des Halbleitermaterials auf zunächst vorerwärmten und dann durch direkten Stromdurchgang erhitzten Formkörpern aus Metall oder Quarz wurde bereits vorgeschlagen, eine Heizvorrichtung unmittelbar an die Formlinge im Abscheidungsraum heranzubringen und sie dann nach erfolgter Vorerwärmung wieder zu entfernen. Ein solches Verfahren gestattet unter anderem die Anwendung von Reaktionsgefäßen mit aus Metall bestehenden Wänden zur Herstellung von hochreinem Halbleitermaterial durch Abscheiden aus der Gasphase.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine technisch besonders vorteilhafte Ausführungsform einer zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens geeigneten Vorrichtung. Diese Vorrichtung zum Herstellen von kristallinem Halbleitermaterial, insbesondere von Silicium, durch thermische Zersetzung einer gasförmigen Verbindung des Halbleitermaterials und Niederschlagen des Halbleitermaterials auf mehreren vorerwärmten und dann durch direkten Stromdurchgang erhitzten, in einem Reaktionsgefäß angeordneten, stabförmigen Trägern aus dem gleichen Halbleitermaterial, mit zum Zwecke der Vorwärmung der stabförmigen Träger dienenden, in deren Nähe angeordneten Heizelementen, die nach erfolgter Vorheizung aus der Nähe der stabförmigen Träger entfernbar sind, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die auf einem Halter befestigten Heizelemente von einem mit Schutzgas gefüllten, gegen das Reaktionsgefäß dicht verschließbaren Kessel aus in die Nähe der Träger verschiebbar angeordnet sind und daß der Kessel gegen das Reaktionsgefäß durch eine an den Trägern angebrachte Dichtung abdichtbar ist.

Nach dem Stand der Technik wird eine Vorwärmung zur Herabsetzung des spezifischen Widerstandes des aus hochreinem und daher hochohmigem Halbleitermaterial bestehenden Trägers lediglich durch außerhalb eines aus Quarz bestehenden Reaktionsgefäßes angeordnete Infrarotstrahler durchgeführt.

Bei der Vorrichtung erfolgt die Wärmeübertragung nicht nur durch Strahlung, sondern auch durch Wärmeleitung, so daß die Träger auf die für eine gute Stromleitung notwendige Temperatur in einer viel kürzeren Zeit aufgeheizt werden können. Außerdem kann das Reaktionsgefäß beliebig groß ausgebildet werden, da es nun nicht mehr notwendig ist, ein Quarzgefäß, das nur bis zu Durchmessern von

Vorrichtung zum Herstellen von kristallinem
Halbleitermaterial

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, 8000 München 2, Wittelsbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:
Max Heim, 8000 München

180 mm herstellbar ist, zu verwenden, sondern auch die Verwendung eines Metallgefäßes, das gekühlt wird, möglich ist. Damit kann beim Verfahren gemäß der Erfindung das Halbleitermaterial auf einer sehr großen Zahl von Trägern (ca. 100) gleichzeitig abgeschieden werden. Es können also große Mengen von hochreinem Halbleitermaterial in einem Arbeitsgang gewonnen werden. Weiter hat es sich gezeigt, daß die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens mit der Anzahl der Träger zunimmt, da dann pro Träger viel weniger Strom gebraucht wird und außerdem ein besserer Wirkungsgrad der Ausbeute des zugeführten Reaktionsgases erreicht wird.

Eine nähere Erläuterung der Erfindung wird im folgenden an Hand einiger besonders günstiger Ausführungsbeispiele gegeben.

In Fig. 1 ist eine Vorrichtung gemäß der Erfindung dargestellt. Auf einem Tragring 12 werden zunächst die stabförmigen Träger, von denen zwei (11 und 11') in der Figur dargestellt sind, in geringem Abstand nebeneinander angeordnet und untereinander durch eine Brücke aus dem gleichen Werkstoff verbunden. Dies ist in F i g. 8 für zwei nebeneinander angeordnete Träger 81 und 82 dargestellt, die Brücke, die aus dem gleichen Halbleitermaterial wie die Träger besteht, ist mit 23 bezeichnet.

Der den unteren Teil des Reaktionsgefäßes dicht verschließende Boden 13 läuft in einer Führung 14 und weist auf seiner Unterseite ebenfalls ringförmig angeordnete, in vorliegendem Falle als Stäbe ausgebildete Heizelemente auf, von denen zwei in F i g. 1 dargestellt und mit 16 und 16' bezeichnet sind. Das Heizelement kann aber auch z. B. durch in ein Metallrohr eingebaute Heizwicklungen gebildet werden.

809 629/1427

Claims

3 4

Gegebenenfalls können auf der Oberseite des Bodens zwei konzentrischen Ringen 43 und 44, also auf kon-

13, wie dies in F i g. 1 dargestellt ist, auch noch zentrischen Kreisen nebeneinander angeordnet. Zum

weitere ringförmig und konzentrisch zu den äußeren Vorerwärmen der Träger wird die Platte 24 mit den

Trägern angeordnete Trägerkörper, von denen zwei, daran befestigten Heizelementen 16,16' abgesenkt, so 15 und 15', dargestellt sind, vorhanden sein. 5 daß sich die Heizstäbe zwischen den zwei Träger-

Während des Abscheidens tauchen die Heiz- reihen 63 und 64 befinden und beide konzentrisch

elemente in einen Kessel 17, der mit dem Tragring 12 angeordneten Trägerreihen gleichzeitig auf die für

gasdicht verbunden ist. Zwischen dem Tragring 12 eine gute Stromleitung notwendige Temperatur er-

und dem Boden 13, die beide mit einer nicht dar- hitzt werden.

gestellten Kühleinrichtung versehen sind, liegt eine io In F i g. 5 ist ein Teil einer Einrichtung dargestellt, Dichtung 18, so daß während des Abscheidens ein um die hermetische Abdichtung des Reaktionshermetischer Abschluß des Reaktionsraums zum gefäßes durch mit den Heizelementen verbundene Kessel 17 gewährleistet ist. Verschlußelemente zu veranschaulichen. Mehrere Nach dem Einsetzen der Träger bzw. der Heiz- Heizstäbe sind zu einem parallelen Bündel 51 zuelemente in den Tragring 12 bzw. den Boden 13 wird 15 sammengefaßt und im Haltering 52 befestigt. Der die mit Kühlschlangen 22 versehene wassergekühlte federnde Kegel 53 ist elastisch auf einer Stange 66 geHaube 21 abgesenkt und der Innenraum der Haube lagert und verschließt beim Absenken des Halteringes 21 mit einem Schutzgas, z. B. Wasserstoff, gefüllt. 52 die konischen Bohrungen in der Platte 54, welche Die dafür ebenso wie die zur Zuleitung des Reak- die Halterung 55 für die Träger enthält, von denen tionsgases und zur Ableitung der Restgase not- ao zwei (56 und 56') in F i g. 5 dargestellt sind, wendigen Gaszu- und Abführungen sind der Über- F i g. 6 und 7 zeigen eine Vorrichtung mit fünf in sichtlichkeit wegen in den Figuren nicht dargestellt. konzentrischen Ringen angeordneten Reihen von Zu Beginn des Verfahrens wird die Führung 14 in die Halbleiterstäben. Der Haltering 52 ist in F i g. 6 hochin der F i g. 2 dargestellte Stellung verschoben. Der gefahren, die Heizstäbe 51 erwärmen die Reihen der Kessel 17 ist vorteilhafterweise mit dem gleichen Gas as Stäbe 63 und 64. Nach dem Zünden dieser Stäbe wird gefüllt, das sich auch im eigentlichen Reaktionsgefäß der Tragring 52 gemäß F i g. 7 abgesenkt und die befindet. Es liegt dann die Reihe der Heizstäbe dicht Dichtung des Reaktionsraumes erfolgt nach der in an den Reihen der äußeren, z. B. aus Silicium be- F i g. 5 dargestellten Anordnung. Um den Eintritt stehenden Träger. Nun werden die Heizstäbe, die mit von Luft oder eines anderen Gases während des Abin der Figur nicht dargestellten Stromzuführungen 30 senkens der Heizstäbe zu verhindern und zur Verversehen sind, aufgeheizt. Durch die von den Heiz- hinderung des Lufteintritts bei Undichtwerden des stäben ausgehende Wärme werden die Träger durch Kegelverschlusses 53 wird zweckmäßig ein Kessel 72 Wärmestrahlung und, da als Gasfüllung ein die vorgesehen, in welchem auch die Führung 73 geWärme gut leitendes Gas, z. B. Wasserstoff, ver- dichtet wird.

wendet wird, auch durch Wärmeleitung aufgeheizt. 35 Durch Wärmeübertragung auf die inneren Reihen

Die Träger sind mit in den Figuren ebenfalls nicht der Stäbe 61 und 62 und die äußere Reihe 65 werden

dargestellten Stromzuführungen versehen, die mit alle Träger auf die für eine gute Stromleitung not-

einer Spannungsquelle verbunden sind. Wenn der wendige Temperatur erhitzt. Nun wird das Reaktions-

durch den Träger fließende Strom einen solchen gasgemisch in den Reaktionsraum 71 eingeleitet. Zur

Wert erreicht hat, daß er in der Lage ist, die Träger 40 Messung der Temperatur der Träger während des

allein, d. h. ohne zusätzliche Erwärmung durch die Niederschiagens sind an der wassergekühlten Glocke

Heizkörper, weiter aufzuheizen, werden die Heiz- 74 Beobachtungsfenster 75 angebracht,

stäbe abgeschaltet und der Boden 13 in der Führung Die beanspruchte Vorrichtung kann auch zur Her-

14 nach unten abgesenkt, so daß der Reaktionsraum stellung von anderem Halbleitermaterial, z. B. von

32 vom Kessel 17 hermetisch getrennt ist, wie dies in 45 Germanium, mit Vorteil verwendet werden. Die

F i g. 3 dargestellt ist. Befinden sich auf der Oberseite Träger bestehen dann aus Germanium und das zu

des Bodens 13 weitere ringförmig und konzentrisch zersetzende Gasgemisch aus einer gasförmigen Ver-

zu den äußeren Trägern angeordnete Trägerkörper, bindung des Germaniums, insbesondere einem

so werden durch Wärmeübertragung auch diese innen Germaniumhalogenids, das auf den Trägern thermisch

liegenden, ebenfalls ringförmig angeordneten Träger 50 zersetzt wird, leitend und glühen mit der gleichen Temperatur wie
die äußeren Stäbe.

Nun wird in bekannter Weise die zu zersetzende Patentanspruch: gasförmige Halbleiterverbindung, z. B. Silicium-

chloroform, eingeleitet und auf den erhitzten Trägern 55 Vorrichtung zum Herstellen von kristallinem unter Bildung des Halbleiterstoffes, also z. B. unter Halbleitermaterial, insbesondere von Silicium, Bildung von Silicium, zersetzt, das radial und ins- durch thermische Zersetzung einer gasförmigen besondere einkristallin auf den aus Silicium bestehen- Verbindung des Halbleitermaterials und Niederden Trägern aufwächst. schlagen des Halbleitermaterials auf mehreren In F i g. 4 ist eine weitere Vorrichtung gemäß der 60 vorerwärmten und dann durch direkten Strom-Erfindung dargestellt. Bei dieser ist der untere Kessel durchgang erhitzten, in einem Reaktionsgefäß nicht nötig. Die ringförmig angeordneten Heizstäbe angeordneten, stabförmigen Trägern aus dem sind wieder nach unten hängend auf einer Platte 24 gleichen Halbleitermaterial, mit zum Zwecke der montiert. Die Haube 21 trägt eine massive Scheide- Vorwärmung der stabförmigen Träger dienenden, wand 41, bei der im hochgefahrenen Zustand durch 65 in deren Nähe angeordneten Heizelementen, die eine Dichtung an den Heizstäben ein hermetischer nach erfolgter Vorheizung aus der Nähe der stab-Abschluß des Reaktionsraumes 46 vom oberen Raum förmigen Träger entfernbar sind, dadurch 47 erfolgt. Die Träger sind auf der Grundplatte42 in gekennzeichnet, daß die auf einem Halter

(13) befestigten Heizelemente (16,16') von einem mit Schutzgas gefüllten, gegen das Reaktionsgefäß (22) dicht verschließbaren Kessel (17) aus in die Nähe der Träger (11,11') verschiebbar angeordnet sind und daß der Kessel (17) gegen das Reaktionsgefäß (22) durch eine an den Trägern (11,11') angebrachte bar ist.

Dichtung (18) abdicht-

In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 1102 117; deutsches Patent Nr. 1 215 112.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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