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Verfahren zum Herstellen stabförmiger Halbleiterkörper
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Es ist besonders günstig und wird erfindunggemäss vorgeschlagen, die beiden stabförmigen Schenkel innerhalb des Reaktionsraumes durch eine aus dem Halbleitermaterial bestehende Brücke zu verbinden. Auf diese Weise ist es natürlich auch möglich, mehr als zwei Träger im selben Reaktionsraum anzuordnen und sie untereinander durch eine Brücke zu verbinden.
Die Schenkel und die Brücke können auch aus einem Halbleiterteil bestehen. Zur Herstellung eines solchen Halbleiterteils wurde bereits ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem das Silizium aus einer hochgereinigten gasförmigen Siliziumverbindung auf einem erhitzten, aus reinstem Silizium bestehenden Trägerkörper niedergeschlagen wird, wobei das Silizium auf einem dünnen drahtförmigen Träger aufwächst und diesen verdickt. Es wird ein gewendelter Siliziumdraht als Träger verwendet, der sich durch das aufgenommene Silizium zu einem gewundenen Siliziumstab verdickt. Ein Teil dieses Stabes, der durch eine den gesamten Stab durchwandernde Zone hoher Temperatur beliebig gestreckt werden kann, kann als insbesondere U-förmiger Träger verwendet werden.
In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel zum Herstellen reinsten Halbleitermaterials, insbesondere von Silizium, gemäss der Erfindung dargestellt. Das Reaktionsgefäss besteht aus einer Quarzhaube 2 und einer Metallplatte 1, die während des Verfahrens z. B. mit Wasser gekühlt wird. Die Quarzhaube 2 und die aus Quarz bestehende Trennwand 3 sind mit der Metallplatte 1 vakuumdicht verbunden. Die Trennwand 3 kann aber auch nur aus einer Quarzscheibe bestehen, die auf die Halterungen des oder der Träger aufgesetzt wird. Durch die dann zwischen der Quarzhaube 2 und der Trennwand 3 vorhandene Öffnung können ebenfalls die Abgase in die Vorkammer abströmen. In den eigentlichen Reaktionsraum ragt nur der U-förmige insbesondere aus Silizium bestehende Trägerkörper, der aus den beiden Schenkeln 7 und 6 und der Brücke 8 gebildet wird.
Er kann, wie bereits weiter oben ausgeführt, aus einem Stück bestehen oder es kann, wie in Fig. 2 dargestellt, die Brücke 8 auf die beiden oben geschlitzten Schenkel aufgelegt sein. Die beiden Schenkel des U-förmigen Trägers sind durch möglichst enge Bohrungen 13 und 14 durch die Trennwand 3 hindurchgeführt. Ausserdem ragt die Einströmdüse 4 für das Reaktionsgasgemisch, das aus einer gasförmigen Verbindung des Siliziums, z. B. Siliziumchloroform, und einem Trägergas, z. B. Wasserstoff, besteht, in den Reaktionsraum. In der Vorkammer sind die Stromzuführungen 11 und 12 für die beiden Schenkel und ihre Halterungen 9 und 10, die aus Kohle oder niederohmigem Silizium bestehen oder mit Silizium überzogen sind, angeordnet.
Die Stromzuführungen bestehen insbesondere aus Kupfer und sind durch die Isolation 15 vakuumdicht durch die Metallplatte 1 hindurch- geführt. Ausserdem ist auch das Rohr 5 für die Abgase durch diese Metallplatte hindurchgeführt. Die Abgase strömen also durch die notwendigerweise vorhandenen Spalten in die Vorkammer.
Es ist empfehlenswert für das Verfahren, dass die Enden des Trägers während der Abscheidung kühl, d. h. auf einer Oberflächentemperatur, bei der praktisch keine Abscheidung mehr erfolgt, gehalten werden, so dass die Enden während des Abscheidevorgangs nicht oder nur sehr wenig verdickt werden, während der grössere zwischen diesen Enden liegende Teil des Trägers auf einer hohen, über einen grossen Teil des Stabes im wesentlichen etwa gleichen zur Zersetzung und Abscheidung dienenden Temperatur gehalten wird. Ein Teil der durch den Stromfluss entstehenden Wärme wird an den Stabenden durch die Halterungen abgeführt.
Reicht diese Wärmeabfuhr nicht aus, so ist es günstig, um ein Zuwachsen der in der insbesondere aus Quarz bestehenden Trennwand 3 vorgesehenen Öffnungen 13 und 14 zu vermeiden, dass, wie in Fig. 1 dargestellt, die Halterungen 9 und 10 etwas in den Reaktionsraum hineinragen. Die freien Enden des Trägers können aber auch bis in die Vorkammer hineinragen, wenn während des Verfahrens ein Gasstrom, z. B. Argon oder insbesondere Wasserstoff, an den Enden des Trägers vorbeigeleitet wird. Dieser Gasstrom wirkt erstens kühlend und umgibt ausserdem die Enden des Trägers, insbesondere an den Durchführungen durch die Quarzplatte, mit einer sogenannten Gasschürze, die verhindert, dass die gasförmige Halbleiterverbindung an diese Stellen des Trägers gelangt.
Ein weiteres günstiges Ausführungsbeispiel zum Herstellen hochreinen Halbleitermaterials, insbesondere zum Herstellen von Silizium, gemäss der Erfindung soll an Hand der Fig. 3 beschrieben werden. Bei diesem Verfahren werden alle in die Vorkammer hineinragenden Teile von einem durch die Vorkammer bis in die im wesentlichen nur die Träger 6 und 7 sowie die Brücke 8 enthaltenden Kammer strömenden Gasstrom umspült. Das Gas, insbesondere Wasserstoff, das gegebenenfalls mit der zu zersetzenden Halbleiterverbindung, z. B. Siliziumchloroform, vermischt, in das Reaktionsgefäss unmittelbar einströmt, wird durch ein Rohr 16, das durch die Grundplatte 1 hindurchgeführt ist, direkt in die Vorkammer geleitet.
Bei dieser Anordnung werden die abströmenden Gase durch ein Abflussrohr J'unmittelbar, d. h. ohne vorheriges Durchströmen der Vorkammer, aus der im wesentlichen nur die Träger und die Brücke enthaltenden Kammer (Reaktionsraum) abgeführt. Da die Wasserstoffschürze alle durch die Trennwand 3 hindurchgeführten Teile an dieser Stelle umgibt, können in die Vorkammer keine Abgase mehr gelangen, sondern nur das durch das Rohr 16 einströmende Gas.
Ein Hauptvorteil der bei diesem Verfahren angewandten Gas-, insbesondere Wasserstoff schürze
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ist, dass die Dünnstäbe bis in die Vorkammer geführt werden können, ohne dass sie während des Verfahrens an den Durchführungsstellen durch die Innenwand 3 verdickt werden, da, wie bereits weiter oben erläutert wurde, durch die Wasserstoffschürze an den durch die Trennwand durchgeführten Enden des Trägers das Abscheiden von Halbleitermaterial, das an dieser Stelle unerwünscht ist, vermieden wird. Es wird ausserdem vermieden, dass der bei der Zersetzung freiwerdende Chlorwasserstoff mit dem Abgas in die Vorkammer gelangt und die dort vorhandenen Metallteile angreift, so dass dotierende Stoffe frei werden.
Auch alle in der Vorkammer vorhandenen Teile, insbesondere die Elektrodenanschlüsse (Halterungen und Stromzuführungen) und jede Gaszu-oder-ab- führung, werden von der Wasserstoff schürze umgeben, so dass ein Herausdampfen von Verunreinigungen aus den Metallteilen verhindert wird.
Der in Fig. 3 angedeutete Druckring 18 sichert die Verbindung zwischen den einzelnen Teilen des Reaktionsgefässes. Es ist ausserdem gegebenenfalls günstig, den Teil des Gaszuführungsrohrs 4, der in den Reaktionsraum hineinragt, mit einer Quarzhaube 17 abzudecken oder ganz aus Quarz herzustellen und ebenso alle Gasabführungsrohre, soweit sie in den Reaktionsraum hineinragen.
Bei den bisher bekannten Verfahren zum Abscheiden des Siliziums aus der Gasphase erhält man n-leitendes Silizium mit einem spezifischen Widerstand von 10 bis 30 Ohm. cm. Die noch vorhandenen Verunreinigungen sind für die weitere Verarbeitung des Siliziums sehr störend. Mit dem erfindungsgemässen Verfahren wird eine erhebliche Verringerung der im Silizium eingebauten Verunreinigungen erzielt. Man erhält Siliziumstäbe mit einem spezifischen Widerstand von 600 bis 1000 Ohm. cm.
Die mit dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten, insbesondere aus Silizium bestehenden Halbleiterstäbe sind wegen ihrer hohen Reinheit zur Weiterverarbeitung, insbesondere für Transistoren und Richtleiter, sehr geeignet.
In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel eines Transistors dargestellt, bei dem die n-bzw. p-leitende Zone 19 aus dem durch Zerschneiden eines nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Siliziumstabes gewonnenen Kristall gebildet ist, während die p-bzw. n-Zone z. B. durch Einlegieren von als Akzeptor bzw.
Donator wirksamen Dotierungsstoffen, insbesondere Indium bzw. Gold-Antimon gebildet ist. Durch Einlegieren der Legierungspillen 20 (Kollektorelektrode) und 21 (Emitterelektrode) in den Siliziumkörper 19 bildeten sich in dem zunächst n-bzw. p-leitenden Silizium p-bzw. n-leitende Rekristallisationszonen 22 und 23 aus. Werden die nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Siliziumstäbe in einer Zonenziehapparatur weiter behandelt, so erhält man Siliziumstäbe, die im wesentlichen nur noch Bor als Verunreinigung enthalten, also Stäbe aus p-leitendem Silizium.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Herstellen stabförmiger Halbleiterkörper sehr hoher Reinheit durch thermische Zersetzung einer hochgereinigten gasförmigen Verbindung des Halbleitermaterials und Abscheiden des zu gewinnenden Stoffes auf einem oder mehreren stabförmigen, insbesondere einkristallinen, durch direkten Stromdurchgang erhitzten Trägern gleichen Materials in einem mit einer metallischen Grundplatte versehenen Reaktionsgefäss, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Zersetzung und das Abscheiden des zu gewinnenden Stoffes in einer im wesentlichen nur den Träger selbst enthaltenden Kammer des Reaktionsgefässes, die durch eine insbesondere aus Quarz bestehende Wand (3) von einer Vorkammer getrennt ist, die alle übrigen Teile der Anordnung, insbe-
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gefässes enthält, durchgeführt wird.