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Vorrichtung zur Gewinnung stabförmiger Halbleiterkörper
Zur Gewinnung kristalliner stabförmiger Halbleiterkörper sehr hoher Reinheit ist es bekannt, eine hochgereinigte gasförmige Verbindung des Halbleitermaterials thermisch zuzersetzen und das Zersetzungsprodukt auf einem oder mehreren stabförmigen, insbesondere einkristallinen geheizten Trägem gleichen Materials abzuscheiden.
Zu Beginn des Abscheideverfahrens wird ein z. B. aus hochgereinigtem Silizium bestehender langgestreckter draht-oder fadenförmiger Träger verwendet, der zunächst vorgewärmt und anschliessend zur
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und auf Reaktionstemperatur gehalten wird.
Bei der Durchführung dieses Verfahrens wurde beobachtet, dass sich, z. B. bei der Darstellung von Silizium, an den kühleren Stellen des Reaktionsgefässes polymeres Silan, z. B. Chlorsilan. in Form eines öligen Produktes abscheidet, welches, wenn es in grösseren Mengen auftritt, zu Explosionen Anlass geben kann.
Zur Erhöhung der Reinheit der in diesem Verfahren gewonnenen Halbleiterkörper wurde bereits in der deutschen Auslegeschrift 1139812 eine Vorrichtung vorgeschlagen, bei der der Reaktionsraum, in dem die thermische Zersetzung und das Abscheiden des zu gewinnenden Stoffes durchgeführt wird, einen
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Träger enthältReaktionsgefässes und die Trennwand, also alle den eigentlichen Reaktionsraum begrenzenden Flächen, bestehen dabei insbesondere aus reinem Quarz.
Gleichzeitig wird bei der Durchftihrung des bekannten Verfahrens in dieser Vorrichtung durch die aus Quarz bestehende Trennwand die Ölbildung etwas reduziert. Durch die schlechte Wärmeleitung des Quarzes wird die Wärmeableitung aus dem eigentlichen Reaktionsraum verringert, so dass die AbkUhlung der Gefässwand verhindert oder doch erschwert ist. Dadurch wird die Ölbildung, d. h. die Abscheidung der polymeren explosiven Verbindungen des darzustellenden Halbleiterstoffes, die bei Temperaturen unter etwa 1600 C erfolgt ; etWas eingeschränkt. Verschiedene Versuche, die in diesem Zusammenhang durchgeführt wurden und zum Ziel hatten, die Ölabscheidung zu unterbinden, zeigten nicht die gewünschten Erfolge.
Beispielsweise führte die Massnahme, sämtliche Wände des Reaktionsraums heiss zu halten, nur zum Erfolg, wenn die Wände ziemlich genau eine Temperatur zwischen 160 und 4000 C aufwiesen. Bei einer Temperatur unterhalb 1600 C bilden sich, z. B. bei der Darstellung von Silizium durch thermische Zer-
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den Wänden Silizium ab. Die genaue Einhaltung des günstigen Temperaturbereiches ist jedoch mit grösseren Schwierigkeiten verbunden und meist nicht zu erreichen.
Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, in einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung zur Gewinnung stabförmiger Halbleiterkörper die Abscheidung polymerer explosiver Verbindungen des Halbleiterkörpers zu unterbinden.
Die Weiterbildung der Vorrichtung zur Gewinnung stabförmiger Halbleiterkörper sehr hoher Reinheit, mittels welcher der Halbleiterkörper durch thermische Zersetzung einer hochgereinigten gasförmigen Verbindung des Halbleitermaterials und Abscheidung des zu gewinnenden Stoffes auf einem oder mehreren
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stabförmigen, insbesondere einkristallinen geheizten Trägern gleichen Materials hergestellt wird, bei der der Reaktionsraum, in dem die thermische Zersetzung und das Abscheiden des zu gewinnenden Stoffes durchgeführt wird, einen U-förmigen Träger enthält und durch eine insbesondere aus Quarz bestehende Wand von einer Vorkammer getrennt ist, die alle übrigen Teile der Vorrichtung, insbesondere die Halterungen und die Zuführungen für den Heizstrom des Trägers, sowie die metallische Grundplatte des Reaktionsgefässes enthält,
ist dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich unmittelbar auf der metallischen Grundplatte des Reaktionsgefässes eine Platte aus schlecht wärmeleitendem Material aufgebracht ist. Beispielsweise kann die Platte aus Quarz bestehen. Ebenso eignet sich auch eine Platte aus Quarzgut oder aus warmfestem, d. h. hitzebeständigem Glas oder auch aus Keramik. Unter Quarzgut versteht man ein Siliziumdioxyd, das durch Sintern bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes von Quarz in ein poröses Glas mit eingeschlossenen Luftblasen ubergeführt ist und ähnlich wie Quarz geringe thermische Leitfähigkeit zeigt. Ebenso zeigt hitzebeständiges Glas, welches durch den Zusatz von Aluminiumoxyd und von geringen Mengen Boroxyd zu gewöhnlichem Glas hergestellt ist, geringe Wärmeleitung.
Besonders zweckmässig ist es im Sinne der Erfindung, wenn die Platte, die unmittelbar auf der beispielsweise aus Kupfer oder Silber bestehenden Grundplatte des Reaktionsgefässes aufgebracht ist, eine Dicke von etwa 6 mm besitzt. Hier ist die Wärmedämmung besonders gut, so dass beispielsweise bei der Gewinnung von reinstem Silizium durch thermische Zersetzung von Silikochloroform keine Öle aus polymerem explosivem Chlorsilan im Reaktionsraum gebildet werden. Die Platten bewirken durch ihre schlechte Wärmeleitung, dass die Wärme des Reaktionsraum weitgehend erhalten bleibt, so dass die Wände auf einer Temperatur zwischen 160 und 4000 C gehalten werden, und die Ölbildu ! lg so durch eine relativ einfache Massnahme ausgeschlossen ist.
Durch die Erfindung ist also ein Weg gezeigt, in höchst einfacher Weise in bereits bestehenden oder zu bauenden Anlagen für die Durchfuhrung des Verfahrens zur Herstellung stabförmiger Halbleiterkörper die Ölbildung mit Sicherheit zu vermeiden.
In Fig. 1 ist eine besonders gUnstige AusfUhrungsform der Vorrichtung zur Herstellung stabförmiger Halbleiterkörper sehr hoher Reinheit gemäss der Erfindung dargestellt und das Verfahren am Beispiel der Herstellung von Siliziumkörper beschrieben. Das Reaktionsgefäss besteht aus einer Quarzhaube 2 und einer metallischen, z. B. aus Kupfer oder Silber hergestellten Grundplatte 1, die z. B. mit Wasser gekühlt wird. Auf dieser Grundplatte liegt gemäss vorliegender Erfindung eine etwa 6 mm dicke Platte 19, beispielsweise aus Quarz. Die Quarzhaube 2 und die aus Quarz bestehende, im Beispiel als Schürze ausgebildete Trennwand 3 sind mit der Quarzplatte 19 vakuumdicht verbunden.
In den eigentlichen Reaktionsraum ragen nur der U-förmige aus Silizium bestehende Trägerkörper, welcher aus den beiden Schenkeln 6 und 7 und der Brücke 8 gebildet wird, und die Einströmdüse 4 für das Reaktionsgasgemisch, das aus einer
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besteht. Im Beispiel ist die Einströmdüse 4 mit einer Quarzhaube 17 abgedeckt, sie kann jedoch auch ganz aus Quarz bestehen. In der Vorkammer sind die Stromzuftihrungen 11 und 12 für die beiden Schenkel und ihre Halterungen 9 und 10 angeordnet, die aus Kohle oder niederohmigem Silizium bestehen oder mit Silizium Uberzogen sein können. Die Stromzuführungen 11 und 12, insbesondere Kupferleitungen, sind durch die Isolation 15 vakuumdicht durch die Metallplatte 1 sowie durch die auf der Metallplatte aufliegende Quarzplatte 19 hindurchgeführt.
Ausserdem sind das Rohr 5 für die Abgase und ein Rohr 16, durch welches Wasserstoff oder Argon in das Reaktionsgefäss eingeleitet wird, durch die metallische Grundplatte 1 und die aufgelegte Quarzplatte. 19 hindurchgefUhrt. Der durch das Rohr 16 einströmende Wasserstoff oder Argon umspült die Enden des Trägers, insbesondere an den Durchführungen 13 und 14 durch die Quarzplatte, und verhindert dadurch, dass die gasförmigen Halbleiterverbindungen an diese Stellen gelangen und hier thermisch zersetzt werden. Der U-förmige Träger liegt während des Abscheidens mit den freien Enden seiner Schenkel an einer elektrischen Spannung und wird durch den hindurchfliessenden Strom auf der Zersetzungstemperatur der gasförmigen Halbleiterverbindung gehalten.
Die Quarzplatte 19, die auf die metallische Grundplatte 1 des Reaktionsgefässes aufgelegt ist, hält die Wärme im Reaktionsraum zurUck, so dass die Wände sich nicht unter 1600 C, d. h. auf die Bildungstemperatur der polymeren Chlorsilane, abkühlen.
Eine etwas abgewandelte AusfUhrungsform ist in Fig. 2 dargestellt. Hier ist die Quarzplatte, die gemäss vorliegender Erfindung auf die metallische Grundplatte des Reaktionsgefässes aufgelegt wird, etwas kleiner als die metallische Grundplatte, und die Quarzhaube ist mit der metallischen Grundplatte vakuumdicht verbunden.
Das beschriebene Beispielzeigt eine besonders gunstige Ausgestaltung der Vorrichtung zur Gewinnung stabförmiger Halbleiterkörper gemäss der Erfindung. Es ist jedoch auch möglich, dass kein Wasserstoff oder Argon zur Kflhlung der Trägerendenstellen und zur Verdrängung der gasförmigen Halbleiterverbindung von
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diesen Stellen eingeleitet wird ; dann fehlt in der Vorrichtung zur Herstellung der hochreinen Halbleiterkörper das Rohr 16 und das Rohr 5 fur die Abgase braucht dann nicht bis an die Quarztrennwand 3 geführt zuwerden, sondern kann die Abgase, die durch die Durchbohrungen 13 und 14 der Quarztrennwand 3 in die Vorkammer gelangen, von hier absaugen.
PATENTANSPRÜCHE:
1. Vorrichtung zur Gewinnung stabförmiger Halbleiterkörper sehr hoher Reinheit, mittels welcher der Halbleiterkörper durch thermische Zersetzung einer hochgereinigten gasförmigen Verbindung des Halbleitermaterials und. Abscheiden des zu gewinnenden Stoffes auf einem oder mehreren stabförmigen, insbesondere einkristallinen geheizten Trägern gleichen Materials hergestellt wird, bei der der Reaktionraum, in dem die thermische Zersetzung und das Abscheiden des zu gewinnenden Stoffes durchgeführt wird, einen U-förmigen Träger enthält und durch eine insbesondere aus Quarz bestehende Wand (3) von einer Vorkammer getrennt ist, die alle übrigen Teile der Vorrichtung, insbesondere die Halterungen (9,
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Heizstrom des Trägers (11.
12)'sowieReaktionsgefässes enthält, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich unmittelbar auf der metallischen Grundplatte (1) des Reaktionsgefässes eine Platte (19) aus schlecht wärmeleitendem Material aufgebracht ist.