CH509824A - Verfahren zum Herstellen eines aus mindestens zwei halbleitenden chemischen Elementen zusammengesetzten, mindestens teilweise legierten Halbleitermaterials - Google Patents

Verfahren zum Herstellen eines aus mindestens zwei halbleitenden chemischen Elementen zusammengesetzten, mindestens teilweise legierten Halbleitermaterials

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CH509824A
CH509824A CH473362A CH473362A CH509824A CH 509824 A CH509824 A CH 509824A CH 473362 A CH473362 A CH 473362A CH 473362 A CH473362 A CH 473362A CH 509824 A CH509824 A CH 509824A
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semiconducting
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CH473362A
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Friedrich Dr Bischoff
Heinrich Dr Kniepkamp
Rosenberger Georg
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Siemens Ag
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Description


  Verfahren zum Herstellen eines aus mindestens zwei halbleitenden chemischen Elementen  zusammengesetzten, mindestens teilweise legierten Halbleitermaterials    Es     ist        bereits    ein     Verfahren    zur     Herstellung        eines          Halbleitereigenschaften    aufweisenden.     chemischen        Ele.          mentes,    z.

   B. von     Germanium    oder     Silizium,        in        kom-          pakt        .kristallinem        Zustand    vorgeschlagen worden, -bei       ,dem.    mindestens     ein        in        einem    Reaktionsgefäss     gehal-          terter    -aus dem     ,

  gleichen    Element bestehender     Trä-          gerkörper        durch        einen        in        ihm    erzeugten     elektrischen          Strom    auf hohe     Temperatur        erhitzt        und        mit        einem          gereinigten,        eine        gasförnüge        Verbindung    des,

       herzustel-          lenden        halbleitenden        Elementes    enthaltenden     Reak-          tionsgas        in    Berührung     ,gebracht        wird,    so dass infolge       thermischer        Zersetzung    aus Ader gasförmigen Verbin  dung     das        @betreffende        Halbleiterelleunent        sich        im        freien          Zustand    an der Oberfläche ;

  des     Trägerkörpers        nie-          derschlägt    und dort     ankrisfia@llisie:rt.    Die     gasförmige.    Ver  bindung ödes     häbleitenden        Elenientes    besteht     dabei     aus einer     Verbindung    des Elementes,     rüder    dieses  ,an     einte    oder     mehrere        leichter        flüchtige,

      bei der     Her-          stellung    des Halbleiters nicht     verunreinigend        winkende          Komponenten    gebunden ist. Diese     Komponenten    sind       entweder    Halogene     oder    Wasserstoff.

   Für die Darstel  lung von Silizium kommen vor allem     die    Verbindun  gen     SiGI4    oder     SHGss        in    Betracht, die bei einer we  nig     über        Zimmerbetniperatur    ,erhöhten Temperatur       lebhaft        verdampfen        und    die sich z.

   B.     durch        Destil-          lation    in     reinem        Zustand        darstellen.        lassen.        Im        Reak-          tions!gas        sind        diese        Verbindungen    .gewöhnlich durch       hochreinen        Wasserstoff    verdünnt,     wodurch        einerseits     die     Abscheldung        erleichtert,

          .anderseits        :die        Kristalli-          sationsgüte        des        niedergeschlagenen    halbleitenden     Ele-          mentes    erheblich     verbessert        wird.    Die Temperatur des       Trägers    wird     etwas        unterhalb    des     Schmelzpunktes,    des  'betreffenden     Materials        eingestellt,

      so dass das     hal'bleil-          tende    Element unmittelbar aus der     Gasphase    an der  festen Oberfläche des Trägers     ankristalllislert.     



  In     der        Halbleitertechnik    werden vielfach auch     Le-          gierungen    aus     halbleitenden    Elementen benötigt. Diese  ermöglichen     nämlich,        :

  elektrische.        Eigenschaften    zu         realisieren,    welche     zwischen    dem     Eigenschaften    der zu  ihrer     Herstellung        verwendeten        Halibleitereleimenten        lie-          gen.    Hierzu     ist        allerdings        erforderlich,        dass    die     be:

  tref-          fenden        halbleitenden    Elemente     keine        Verbindungen     miteinander     eingehen,    :da     solche        Verbindungen        zu        Stof-          fen    mit Eigenschaften     führen    würden, die von denen       ,der        Komponenten    wesentlich verschieden sein können.

         Vielmehr        handelt    es     sich        beim        Gegenstand    der Er  findung -auch um.     @die    Herstellung von     halbleitenden          Lagiemngen,        deren    Eigenschaften     in    kontinuierlicher       Weise        eingestellt    werden     können.    Ein     Beispiel    hier  für ,ist eine,     Germian@ium@Sil,izium-Legierun@g,

      die sich     in          allen        möglichen        Zusammensetzungen        herstellen        iä.sst          und    !die durch Variation :der     Zus-ammensetzung        einen          kontinuierlichen        Übergang    von den Eigenschaften des       reinen    Siliziums zu     denen    des     reinen        Gemmianiuims        er-          möglicht.     



  Die     Erfindung    bezieht sich auf     ein        Verfahren        zum     Herstellen     eines        aus        @minde:

  stens,    zwei     halbgleitenden    ehe  mischen Elementen     zusammengesetzten        teilweise        le-          gierten        Halbleitermaterials    mit     einem,        mindestens        für     die     Herstellung    vom     Halbleitervorrichtungen    erforderli  chen Reinheitsgrad.

       Dieses        Verfahren    isst dadurch     ge-          kennzeichnet,    dass die     halbleitenden        chemischen    Ele  mente durch     thermische        Zersetzung    mindestens einer       gasförmigen    Verbindung     der    genannten     Elemente,    im       welchen        Verbindungen        diese        Elemente    an     leichter          flüchtige,

      nicht     verunreinigend        wirkende        Komponenten          gebunden        sind,        Ruf        einem,aus        mindestens        einem.    Element  des darzustellenden Halbleitermaterials bestehenden     Trä-          gerkörper,äbgesehieden    werden,

       indem        die        gasförmigen          Verbindungen    mit     dem     durch    .in     ihm,        erzeugten    elek  trischen     Strom    auf die zur Bildung     dem        chemischen     Elemente aus den Gasen     erforderliche        hohe    Temper  ratur     erhitzten        Trägerkörper    in Berührung gebracht       werden,

      wobei die     Abscheldung        der    chemischen Ele  mente     so        gesteuert    wird, dass ein mindestens teilweise       legiertes    Halbleitermaterial entsteht.      Als Träger     dient    bevorzugt ein     lansggestreckter,     z.

   B.     draht-    oder     fadenförmiger    Körper,     der        entwe-          der    aus dem zu     =gewinnenden        Halbleiterstoff        oder    aus       mindestens    einer seiner Komponenten besteht     und    der  vorzugsweise vertikal     kn.        Reaktionsgefäss        ausgespannt     ist.

   Er kann durch direkten     Stromdurchgang        oder     durch     Hochfrequenz    erhitzt werden,     wobei    es zu     Be-          ginn    des     Heizvorganges    zweckmässig     sein,        kann,    den  Träger     vorzuwärmen.    Dieser Träger, der dann in er  hitztem Zustand mit dem     Reaktionsgas        dm        Berührung     steht, wird     durch    die     Abscheidung    :

  der zum     Aufbau     des     Halbleiters    benötigten chemischen Elemente     zu          einem    Stab verdickt.  



  Dabei können entweder die verschiedenen     cherns-          schen    Verbindungen, welche die     einzelnen        chemischen     Elemente des, zu     gewinnenden        Halbleiters        enthalten,     zu gleicher Zeit im Reaktionsgefäss, anwesend     sein     und einer gemeinsamen     thermischen        Zersetzung    unter  worfen werden.

   Dieses Verfahren kann     zu    einkristalli  nen     Stäben        führen,        wenn    als Trägerkörper ein geeig  neter orientierter     Einkristall    aus. Odem     betreffenden          Mischhalbleiter    verwendet wird.

   Im     Alternative    zu die  sem     Verfahren    können :aber -auch die     einzelnen    die  zum Aufbau des     Halbleiters    dienenden chemischen       EIPmenten    enthaltenden gasförmigen Verbindungen  nacheinander in     das        Reaktionsgefäss        einsgeleitet        werden,     wobei unter Umständen :bei jedem Wechsel     :

  das.        Reak-          tionsgefäss    vorher mit einem     inerten    Gas     ausgespült     wird.     Hierdurch    werden die     einzel@nene        Komponenten     .des     Halbleiters    schichtweise auf :dem Trägerkörper  z. B. im     periodischen    Wechsel     niedergeschlagen.    An  schliessend können die Schichten     @durch        Zonenschmel-          zen    mit dem Träger zu     einer    einheitlichen     Legierung     umgeschmolzen werden.

   Die     Albscheidung        kann        in        allen     Fällen erleichtert werden,     wenn    den.     Raktionssgasen     gereinigter Wasserstoff zugemischt     wird.     



  Eine     Homogenisierung    des     Absdheldekörpers        kann          erfolgen,        indem    der     Abscheidungskörper,        @gegebenen-          falls    in     dem    zu seiner     Herstellung    dienenden     Beh        and-          lun;

  gsgefäss,        dehn    an sich bekannten     Schmelzzonenver-          fahren    unterworfen wird, wobei     gegebenenfalllls        anstelle     der Schmelzzone.

       eine        Glühzone        treten        kann.    Das     Zo-          nenschmelzen    kann in     an    sich bekannter Weise gleich  zeitig zur     Herstellung    einer     Dotierung    des     Halbleiter-          materials    ausgenützt     werden,    indem in der     geschmol-          zenen    Zone     Dotierungsstoffe,    z.

   B. aus der verwen  deten,     Behandlungsatmosphäre    oder -     insbesondere,     wenn die Homogenisierung unter Vakuum     bzw.    Hoch  vakuum vorgenommen     wird    - durch     Bestrahlung    mit  dotierenden Korpuskeln :oder durch Einführung fester       zur        Lösung        gebracht        werden.        Die          kann        d:

  abe.i     einheitlich über den gesamten hergestellten     Abschei-          dungskörper    oder     zonenweise,        insbesondere        zwecks          Erzeugung    von     Übergängen    zwischen Zonen     unter-          schiedlicher        Dotierung,    vorgenommen werden.  



  Die verwendete Apparatur     besteht    vorzugsweise. aus  einem     Reaktionsgefäss,        welches    mit     mindestens        einer     Zu- und     Abfi@ussstelle    für das Reaktionsgas     während,     des Betriebs ausgerüstet ist. In dem Reaktionsgefäss,       welches    z.

   B. -aus Quarz     ibestehen    kann,     sind    ausser  dem noch     Halterun,gsorgane    für den     Träger        saus        eineng     möglichst temperaturbeständigen     Stoff        vorgesehen.    In  den     Halterungsorganen        sind    die Enden     des,    Trägers       geklammert,

          während    die übrige     Trälgeroberfläohe        un-          bedeckt    bleibt     und    daher mit dem Reaktionsgas     un-          gehindert    in -Berührung kommen kann.

   Die     Hal:terungs-          organe    sind     vorteilhaft        gleichzeitig    -als Elektroden aus-         gebildet        und        können    mit     einer        ausserhalb    des.

       Abschei-          dungsgefässes        angeordneten        Betriebssp        nnungsquelle,     welche den     zur        Erhitzung        des    Trägers erforderlichen       Strom        iliefert,    in leitende     Verbindung    gebracht werden.  



       Handelt    es     sich    z. B. um die     Herstellung        einer     aus     Silizium        und        Germaniumbesteh    enden     halbleitenden          Lesgierunig,    so     wird        in    ,dem Reaktionsgefäss     ein    aus       Germanium    und     Silizium    bestehender     hochreiner        Trä-          gerkörper        aufgespannt    und ,

  in     erhitztem    Zustand mit  einem gereinigten, bei der     eingestellten        Trägertempera-          tur    ;gerade die     gewünschte    Zusammensetzung des ab  geschiedenen     Materials        liefernden,    mit einem das     Re-          aktionsgefäss        durchströmenden    Gemisch aus     Silizium-          chloroform,        Germaniumtetrachlorid    und reinem     Was-          serstoff    in Berührung gehalten,

   so     dass    sich     auf    dem  auf     konstanter        Glühtemperatur        gehaltenen    Träger die  gewünschte     Silizium-Germanium-Legierung        nieder-          schlägt.    Durch     entsprechende        Einstellung    des gegen  seitigen     Dampfdmuckverhäfltnisses    der die halbleitenden       Elemente        liefernden        gasförmigen    Verbindungen     im    Re  aktionsgas lässt sich das     gewünschte  

      A@bseheidungsver-          hältnis    in     @diesem   RTI ID="0002.0238" WI="6" HE="4" LX="1412" LY="968">  Fall    besonders leicht erreichen. Ins  besondere     ist    auch eine     kontinuierlich    gesteuerte     Än-          derung    der     Abscheidung        möglich,    was z.

   B. zur Her  stellung von halbleitenden Legierungen     mit    veränder  licher     Bündibreite    von Bedeutung ist.     Anwesenheit     von     Dotierun,gsstoffen,        die,    um. den Forderungen der       Halible:itertechnik    zu genügen, nur in     extrem        geringer          Konzentration    angewendet werden     können,        beeinfilusst     aus diesem     Grunde        :

  die        Abscheidungsvorgänge,        nicht.     Es kann     deshalb,        fas    die     Herstellung    einer     :dotiertem          halbleitenden    Legierung mit     einem    zur     Herstellung    von  Halbleitervorrichtungen     benötigten        @Reimheitsgrad        @er-          wünscht    :ist, um :

  dem zur Albscheidung der Komponen  ten     verwendetem    Reaktionsgas     der        jeweils        gewünschte          Dotierunigsstoff    in     :der    erforderlichen geringen     Konzen-          tration        lbeigesinischt:sein.     



  Durch     Zonenschmelzen    können in     einer    aus zwei       halbleitenden    Elementen     gebildeten        Legierung    z. B.  in einer     Siliziu@mgermaniu:

  mleg-lerung    auch Zonen     un-          terschiedlicher        Bünd!breite        erzeugt    werden, indem der       Zonenschmelzprozess    so, gelenkt     wird,    dass Zonen     un-          terschiedlicher        Zusammensetzung    und damit unter  schiedlicher     Bandbreite    in     dem    :behandelten     Halbleiter#          stab    entstehen.

   Dies ist deswegen     möglich,    weil     für     beide     -Stoffe    auf     Grund        ihrer    unterschiedlichen     Ver          teilungskoeffizienten    :die     Tendenz    sich aus der     ge-          schmolzenen    Zone abzuscheiden unterschiedlich     ist        und     deshalb die     Zusammensetzung    des aus der     geschrn:

  ol-          zenen    Zone auskristallisierenden     Materials    durch die  Zusammensetzung des     Materials    der     geschmolzenem     Zone     @ges:teuert        wird.     



  Gemäss einer weiteren     Ausbildung    des Erfindungs  gedankens. kann     oder        s:taibförmige    Trägerkörper     wäh-          rend    des     .Abscheldungsvorganges    derart     auseinanderge-          zogen    werden,     dass    er mindestens von einer bestimm  ten     D        icke        an    seine Dicke beibehält.

   Es     ist        ausserdem      besonders bei senkrechter Anordnung     -des        Trägerkör-          pers    - zweckmässig, ihn während     ;

  des,        Atbscheidever-          fahrens        und/oder    den gewonnene Körper während der       Nachbehandlung    zu     drehen,    um in den     einzelnen        Stab-          querschnitten    möglichst homogene     Verhältnisse        zu        er-          hafften.     



       Werden    für     das        Abscheldun!gsverfah@re.n    Halogenver  bindungen der Aden Halbleiter     ibildenden        chemischen     Elemente     verwendet,    so     empfiehlt        ges    sich, die     noch     flüssigen     Ausgangssubstanzen    einer partiellen Hydrolyse           zu        unterwerfen.        Dies        wird        durchgeführt,

          indem    der zu       reinigenden        Substanz        etwas        Wasserzugegeben        wird,     wodurch     ein.        geringer    Teil des     Halogenids        hydmolysiert          wird.    Die :

  dabei     gobildeten    Hydrate     können    gegebenen  falls     Verunreinigungen    in     hohem    Masse-     absorbieren        und          wanden    von der     Halogenverbindung        in        üblicher        Weise          getrennt.     



       Die    nach :dem     Verfahren:    nach der     Erfindung    her  gestellten     Legierungen        eignen        sich        besonders        zur        Her-          Stellung        von        Halbleiteranordnungen,    wie z. B.

   Richt  leitern,     Transistoren,        Fieldistoren,    mit oder     ohne        Vor-          spannung    betriebenen Photozellen.     Heissleitern,        Vari-          storen,        durch        elektrische        und/oider    magnetische     Mittel          beeinflussbaren    Körpern., vorzugsweise     Widerständen,     der     dergleichen.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH Verfahren zum Herstellen eines :aus mindestens zwei hallbjeliroenden chemischen Elementen zusammengesetz- ten,
    mindestens teilweise legierten Halbleitermaterials nu t einem mindestens für die Herstellung von Halb- leItervorrichtungen erforderlichen Reinheitsgrad, da durch gekennzeichnet, dass die ,
    halbleitenden chemi- schen Elemente durch thermische Zersetzung min- destens einer gas:
    förnnigen Verbindung der genannten Elemente, in welchen Voibindungen diese Elemente an leichter flüchtige, nicht verunreinigend. wirkende Komponenten gebunden sind, nuf einem aus mindestens.
    einem Element des darzustellenden Halbleitermnaterials bestehenden Trägerkörper abgeschieden werden, in dem (die gasförmig= Verbindungen ,mit dem durch in 'hm erzeugten elektrischen Strom auf die zur Bil dung der chemischen :
    Elemente aus den Gasen er forderliche hohe Temperatur erhitzten Trägerkörper in Berührung gebracht werden, wobei die Abschei- dungder chemischen Elemente so gesteuert wird, dass ein mindestens teilweisse legiertes H älbleiterm@aterlal ent steht.
    UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass ein :laniggestreckter, draht- oder faden- förmiger Trägerkörper verwendet wird. 2.
    Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekenn- zeichnet, dass die :das Halbleitermaterial bildenden che- mischen Elemente durch entsprechenden Wechsel der mit dem Trägerkörper im: Berührung :
    gebrachten Gase in Form. einzelner Schichten auf dem erhitzten Trä- gerkärper niedergeschlagen werden und idabei die Stär- ken der einzelnen Schichten so bemessen werden,
    dass nach Homogenisierung der abgeschiedenen Schichten einschliesslich des Trägerkörpers durch Zonenschmel zen der gesamte Träger :
    meine darzustellende halb- leitende I.egie rang übergeführt wird. 3. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ,gekenn- zeichnet, dass der Trägerkörper paus der darzustellen den halbleitenden Legierung besteht. 4. Verfahren nach Patentanspruch :
    und Unterau- sspruch 3, dadurch gekennzeichnet, :dass, die während des gesamten Abscheidevorgangs verwendeten :
    Gase die zur Darstellung einer halbleitenden Legierung benötig ten .Elemente 'um gebundenem Zustand in solchen An- teilen enthalten, idass sich diese Elemente bei der ein gestellten Trägertemperatur nebeneinander :in dem zum Bildung der halbleitenden Legierung erforderlichen Ausmass :
    auf :der Trägeroberfläche kristallin 5. Verfahren zur Herstellung einer ;aus Germanium und Silizium bestehenden Halbleiterlegierung nach Pa- tentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass :die zur Bil dung benötigten Komponenten aus :
    einem Gemisch von Siliz iumchloroform und Germaniumtetrachlorid auf ei nem aus :
    Silizium und Germ@anwm bestehenden Träg,er- körpeT niedergeschlagen werden. 6.
    Verfahren nach Unteranspruch 5, dadurch ge- kennzeichmet, @dass in dem durch Abscheidung erhaltenen Mischkörper durch Zonenschmrelzen Zonen unter schied ächer Bandbreite erzeugt RTI ID="0003.0252" WI="12" HE="4" LX="1609" LY="1364"> werden. 7.
    Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekenn- zeichnet, dass in dem sich bildemeden Halbheiter Do- tierungs:stoffe eingebaut werden.
    B. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass mindestens eine der zur Darstellung des Halbleitermaterials zu verwendenden Verbindungen vorher durch partielle Hydrolye gereinigt wird. <I>Anmerkung des</I> Eidg. <I>Amtes für geistiges Eigentum:
    </I> Sollten Teile der Beschreibung mit der im Patentanspruch gegebenen Definition der Erfindung nicht in Einklang stehen, so sei daran erinnert, dass gemäss Art. 51 des Patentgesetzes der Patentanspruch für den sachlichen Geltungs bereich des Patentes massgebend ist.
CH473362A 1954-05-18 1955-05-17 Verfahren zum Herstellen eines aus mindestens zwei halbleitenden chemischen Elementen zusammengesetzten, mindestens teilweise legierten Halbleitermaterials CH509824A (de)

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