DE1066564B - Verfahren zur Herstellung von reinstem Silicium für Halbleiteranordnungen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von reinstem Silicium für HalbleiteranordnungenInfo
- Publication number
- DE1066564B DE1066564B DENDAT1066564D DE1066564DA DE1066564B DE 1066564 B DE1066564 B DE 1066564B DE NDAT1066564 D DENDAT1066564 D DE NDAT1066564D DE 1066564D A DE1066564D A DE 1066564DA DE 1066564 B DE1066564 B DE 1066564B
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- silicon
- rod
- coiled
- zone
- melt
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims description 95
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims description 95
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 10
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 10
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 94
- 239000000969 carrier Substances 0.000 claims description 31
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 28
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 18
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 claims description 10
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 8
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 claims description 5
- 150000003377 silicon compounds Chemical class 0.000 claims description 4
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 claims description 3
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 2
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims 1
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 claims 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims 1
- 238000004857 zone melting Methods 0.000 claims 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 2
- 230000005712 crystallization Effects 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- 230000001681 protective Effects 0.000 description 2
- 235000013929 Psidium pyriferum Nutrition 0.000 description 1
- 244000236580 Psidium pyriferum Species 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 230000035784 germination Effects 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium(0) Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000006011 modification reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052756 noble gas Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003638 reducing agent Substances 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
- C30B15/30—Mechanisms for rotating or moving either the melt or the crystal
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
- C01B33/02—Silicon
- C01B33/021—Preparation
- C01B33/027—Preparation by decomposition or reduction of gaseous or vaporised silicon compounds other than silica or silica-containing material
- C01B33/035—Preparation by decomposition or reduction of gaseous or vaporised silicon compounds other than silica or silica-containing material by decomposition or reduction of gaseous or vaporised silicon compounds in the presence of heated filaments of silicon, carbon or a refractory metal, e.g. tantalum or tungsten, or in the presence of heated silicon rods on which the formed silicon is deposited, a silicon rod being obtained, e.g. Siemens process
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B13/00—Single-crystal growth by zone-melting; Refining by zone-melting
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
- C30B15/002—Continuous growth
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/60—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape characterised by shape
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
Description
ANMELDETAG: 7. JANUAR 1958
COIB 33/02-
BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUS LE GE S CHRIFT:
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUS LE GE S CHRIFT:
8.OKTOBER 1959
Bei der Herstellung von stabförmigen Siliciumkristallen
durch Abscheidung reinsten Siliciums aus der Gasphase auf einen erhitzten drahtförmigen
Trägerkörper aus Silicium kommt es zur Erzielung einer möglichst großen Ausbeute neben der Einstellung
von für die Siliciumabscheidung optimalen, thermodynamischen Bedingungen auf eine möglichst
große, für die Abscheidung verfügbare Oberfläche des Trägerkörpers an. Dabei hat es sich als vorteilhaft
erwiesen, einen Träger mit möglichst großer Länge zu \erwenden. Die Verwendung von gestreckten Trägern
mit sehr großer Länge bringt jedoch als Nachteil einen großen Raumbedarf für die zur Durchführung des
Verfahrens benötigte Apparatur mit sich. Deshalb wird gemäß der Erfindung ein gewendelter Siliciumdraht
als Träger verwendet, der auch bei großer Länge in einem relativ kurzen Reaktionsgefäß untergebracht
werden kann.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von reinstem Silicium für Halbleiteranordnungen
durch kristallines Aufwachsen von reinstem, aus einer gasförmigen, hochgereinigten
Siliciumverbindung durch thermische Zersetzung oder Reduktion abgeschiedenem Silicium auf einen insbesondere
durch unmittelbaren Stromdurchgang — erhitzten, aus reinstem Silicium bestehenden Trägerkörper,
bei dem das Silicium a.uf einen dünnen, aus Silicium bestehenden drahtförmigen Träger aufwächst
und diesen verdickt. Gemäß der Erfindung wird dabei als Träger ein gewendelter Siliciumdraht \*erwendet,
der durch das aufgenommene Silicium zu einem gewundenen Siliciumstab verdickt wird, der durch eine
in ihm erzeugte, sukzessive den gesamten Stab durchwandernde Zone hoher Temperatur zu einem gestreckten
Rohrkörper umgeformt wird, aus dem die /-ur Verarbeitung zu Halbleiteranordnungen dienenden
Siliciumkristalle in bekannter Weise, z. B. durch Zerschneiden, gewonnen werden.
Die Bezeichnung »gewendelter drahtförmiger Träger« besagt dabei, daß die F.igenlänge des drahtförmigen
Trägers wesentlich größer ist als der Abstand seiner Enden. Er ist also vielfach gebogen. Insbesondere
ist dabei an die Verwendung eines schraubenlinienförmig gewendelten Trägers gedacht.
Der durch den Abscheidevorgang erhaltene gewundene Siliciumstab kann z. B. durch ein Zonenschmelzverfahrcn
zu einem geraden, gegebenenfalls einkristallinen Siliciumstab umgeformt werden. Es
ist aber auch möglich, das Verfahren gemäß der Erfindung dahin auszubauen, daß der durch den Abscheidevorgang
auf einen Trägerkörper mit eng aneinanderliegenden Windungen gewonnene, gewundene
Siliciumstab durch eine sukzessive duxch den Stab geführte Zone hoher Temperatur zu einem gestreckten
Verfahren zur Herstellung
von reinstem Silicium
für Halbleiteranordnungen
für Halbleiteranordnungen
25
Anmelder:
Siemens & Halske Aktiengesellschaft,
Siemens & Halske Aktiengesellschaft,
Berlin und München,
München 2, Wittelsbacherplatz 2
München 2, Wittelsbacherplatz 2
Dipl.-Phys. Dr. Günther Ziegler
und Dipl.-Chem. Dr. Erhard Sirtl, München,
sind als Erfinder genannt worden
rohrförmigen, gegebenenfalls einkristallinen Rohkörper umgeformt wird.
Offenbar ist es unmöglich, einen gestreckten, aus Silicium bestehenden Draht oder Faden zu wendeln,
ohne daß dabei bei der für eine solche Verformung erforderlichen hohen Temperatur eine Verunreinigung
des Drahtes infolge Berührung mit den für die
Wendelung notwendigen, formgebenden Werkzeugen erfolgt. Die Erfindung beschreitet deshalb einen
anderen Weg, und zwar wird das Problem der Herstellung eines dünnen, drahtförmigen gewendelten
Trägerkörpers (d. h vielfach gebogenen Träger-
körpers), insbesondere schraubenlinienförmig gewendelten,
dünnen, drahtförmigen Trägers, aus reinstem Silicium dadurch gelöst, daß ein reiner
Siliciumkeimkristall in eine aus reinstem Silicium bestehende Schmelze getaucht und anschließend längs
einer vielfach gewundenen Bahn, insbesondere einer Schraubenlinie, fortlaufend von der Schmelze mit
einer solchen Geschwindigkeit entfernt wird, daß das aus der Schmelze kontinuierlich mitgeführte Silicium
in Form eines dünnen, entsprechend der vom Keim-
kristall durchlaufenen Bahn, insbesondere Schraubenlinie, gewendelten Drahtes ankristallisiert (Fig. 1).
Diese Maßnahme gemäß der Erfindung stellt eine sinnreiche, auf die Herstellung von gewendelten drahtförmigen
Siliciumträgern gerichtete Modifikation des
bekannten \^erfahrens dar, Halbleiterkristalle aus der
Schmelze zu ziehen. Dabei wird die Erfahrung zunutze gemacht, daß die Stärke eines aus der Schmelze gezogenen
Halbleiterstabes bei konstant gehaltener Temperatur der Schmelze durch Variation der Zieh-
geschwindigkeit verändert wird und daß durch eine hinreichend groß gewählte Ziehgeschwindigkeit das
aus der Schmelze fortlaufend mitgeführte Material in Form eines dünnen Drahtes an dem Keimkristall
ankristallisiert.
Es ist vorteilhaft, wenn die Temperatur der Schmelze dabei möglichst niedrig gehalten wird, damit das
durch den bewegten Keimkristall fortlaufend mitgeführte Silicium unmittelbar nach dem Verlassen der
Schmelze kristallisiert. Eine gute Halterung des Keimkristalls gewährleistet dabei die Gleichmäßigkeit der
entstehenden Siliciumwendel. Die Wirkungsweise des Verfahrens wird durch die noch zu beschreibende
Fig. 1 vollständig klargestellt
Als Keimkristall kann ein Stückchen aus reinem Silicium bestehenden Drahtes dienen, dessen Oberfläche
vorher zweckmäßig, um ein gutes Ankristallisieren des geschmolzenen Siliciums zu erreichen,
geätzt wird. Dabei kann als Keimkristall das der Siliciumschmelze zugewandte Ende eines um seine
senkrecht zur Oberfläche der Schmelze orientierte Windungsachse eine von der Schmelze fortgerichtete
Schraubenbewegung beschreibenden Stückes gewendelten Siliciumdrahtes verwendet werden. Dieses
wird am einfachsten \^ertikal gehaltert, in eine der
üblichen Kristallziehvorrichtungen eingespannt, so daß das untere Drahtende gerade in die Schmelze eintaucht
und dann in analoger Weise, wie beim Ziehen von Halbleiterkristallen, von der Schmelze unter Anwendung
einer gleichzeitigen Drehbewegung entfernt wird.
An die das für den Aufbau des gewendelten Trägers erforderliche Silicium zur Verfügung stellende
Schmelze ist vor allem die Forderung größter Reinheit zu stellen. Diese Forderung wird gemäß der Erfindung
erfüllt, wenn das zur Bildung des gewendelten Trägers benötigte Silicium einer ausreichend bemessenen,
in einem — vorzugsweise vertikal gehalterten — dicken Stab aus reinem Silicium — z. B.
an dessen oberem oder unterem Ende — erzeugten geschmolzenen Zone entnommen wird und daß der
dicke Siliciumstab nach Maßgabe des zur Bildung des gewendelten Trägers verbrauchten Siliciums sukzessive
in die Schmelzzone nachgeschoben wird (vgl. Fig. 1). Mit dieser Schmelzzone wird der Keimkristall
in Berührung gebracht und ein gewendelter Draht nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt.
Bei Konstruktionen von Schmelztiegeln, die es gestatten, reinstes Silicium ohne Gefahr von Verunreinigungen
durch die Tiegelwände zu schmelzen, kann der gewendelte Siliciumdraht auch aus einer in einem
solchen Tiegel hergestellten Schmelze gezogen werden. Zur Vermeidung von aus der Atmosphäre stammenden
Verunreinigungen oder Störungen ist es erforderlich, die Herstellung der gewendelten Träger unter Schutzgas,
z. B. Wasserstoff oder einem Edelgas, wie Argon oder Helium, vorzunehmen.
An Hand der Fig. 1 sei das Verfahren zur Herstellung eines gewendelten Siliciumträgers näher erläutert
und gleichzeitig eine zur Durchführung dieses Verfahrens dienende Anordnung beschrieben. M be-'
deutet einen Motor, auf dessen Drehachse der Keimkristall K, z. B. ein Stückchen Siliciumdraht, exzentrisch
gehaltert ist. Außerdem ist eine (nicht gezeichnete) Vorrichtung vorgesehen, welche eine die
Drehachse des Motors M unverändert lassende, von der Schmelze 5" fortgerichtete Translationsbewegung
des Motors M in Richtung des Pfeiles A bewirkt. Als Schmelze 51 dient eine am oberen Ende eines dicken
Siliciumstabes St mittels einer diesen Stab konzentrisch umgebenden Induktionsspule Q (die gegebenenfalls
auch durch eine andere Energiequelle ersetzt werden kann) erzeugte geschmolzene Zone. Der Keimkristall
K wird zunächst mit der Schmelzzone .S" in Berührung gebracht und anschließend die Drehung des
Motors (Umlaufsinn: Pfeil B) und die von der Schmelzzone 5" fortgerichtgfee-v'rTranslationsbewegung
eingeschaltet. Bei entsprechend blSnessener Geschwin-
digkeit der Drehung ags jSgtolfc und der Translationsbewegung
kristallisiert d§M aus der Schmelze
\om Keimkristall mitgefiihf¥e~ "Silicium in der gezeichneten
Weise in Form eines schraubenlinienförmig gewendelten dünnen Drahtes W an, dessen
freies Ende ständig mit der Schmelzzone in Berührung bleibt und somit als Keim für die weitere Ankristallisation
dient. Der dicke Siliciumstab wird dabei nach Maßgabe des verbrauchten Siliciums kontinuierlich in
die Induktionsspule Q hineingeschoben, so daß die Schmelzzone ^ fortlaufend neue Teile des Stabes ergreift.
Der gemäß den beschriebenen A^erfahrcn hergestellte
gewendelte Siliciumdraht W wird — gegebenenfalls nach Ätzung der Oberfläche, um den Abas
scheidungsvorgang günstiger zu gestalten — in ein Reaktionsgefäß G gebracht und dort zwischen zwei
Elektroden E1 und E2 gehaltert und durch Stromdurchgang
erhitzt. Gleichzeitig wird in das Reaktionsgefäß eine Siliciumverbindung in Gasform, gegebenen-
falls mit einem Reduktionsmittel wie Wassertoff, vermischt, eingebracht.
Die zur Verwendung gelangenden Stoffe müssen dabei möglichst rein sein. Eine Durchführung des Abscheideverfahrens
mit Hilfe eines gewendelten Siliciumträgers ist in der Fig. 2 beispielsweise dargestellt.
Dabei bedeutet G das Reaktionsgefäß, in dem ein gewendelter Siliciumdraht W zwischen zwei Elektroden
E1 und Ε,, gehaltert ist. dem von einer Spannungsquelle
U über einen zur Stabilisierung und Stromregulierung dienenden, veränderbaren Widerstand
R ein ihn auf die erforderliche Reaktionstemperatur erhitzender elektrischer Strom zugeführt
wird. Durch die Düse D wird eine Siliciumverbindung hohen Reinheitsgrades, gegebenenfalls mit reinem
AVasserstoff vermischt und in das Reaktionsgefäß eingeleitet,
daß sie den gewendelten Träger möglichst gleichmäßig umströmt. Zur Konstanthaltung der
Abscheidebedingungen wird die Temperatur der Oberfläche des Trägers W mit Hilfe eines nicht gezeichneten
Kontrollgerätes überwacht; Abweichungen vom eingestellten Wert werden durch Betätigung des
Widerstandes R ausgeglichen. Diese Überwachung und Regelung kann automatisch erfolgen.
Der durch den Abscheidevorgang erhaltene, gewundene Siliciumstab wird gemäß der Erfindung zu
einem gestreckten Rohkörper umgeformt. Insbesondere ist dabei an zwei Möglichkeiten gedacht.
Gemäß der Erfindung kann z. B. der durch den Abscheidevorgang erhaltene, gewundene Siliciumstab
in einen gestreckten Siliciumstab umgeformt werden, indem an dem einen Ende des gewundenen Stabes eine
sich über dessen Stabquerschnitt erstreckende, geschmolzene Zone erzeugt und in diese ein aus reinstem
Silicium bestehender, gegebenenfalls einkristalliner Keimkristall eingetaucht und anschließend mit einer»
solchen Geschwindigkeit längs einer solchen, z. B. geradlinigen Bahn fortlaufend von der Schmelzzone
entfernt wird, daß das von dem Keimkristall kontinuierlich der Schmelze entnommene Silicium in Form
eines geraden Stabes von gewünschter Stärke an dem
Keimkristall ankristallisiert, und daß während dieses Vorgangs der dicke, gewundene Stab nach Maßgabe
des zur Bildung des gestreckten Stabes verbrauchten Siliciums sukzessive in die Schmelzzone nachgeschoben
wird. Dabei ist im besonderen vorgesehen, daß die Schmelzzone durch eine ortsfeste — vorzugsweise
den Stabquerschnitt des gewundenen Stabes konzentrisch umfassenden — Energiequelle, z. B.
durch eine Induktionsspule, erzeugt wird, in deren A'Virkungsbereich die einzelnen Windungen des ge- ίο
wundenen Stabes mit einer nach Maßgabe des zur Bildung des gestreckten Stabes verbrauchten Siliciums
bemessenen Geschwindigkeit durch eine Schraubung des gewundenen Siliciumstabes sukzessive gelangen.
Die Wirkungsweise dieses Verfahrens wird aus Fig. 3 ersichtlich, in der gleichzeitig eine Anordnung zur
Durchführung des Verfahrens beispielsweise dargestellt ist. Dabei bedeutet Q' eine den Stabquerschnitt
des gewundenen, verdickten Stabes St konzentrisch umfassende und dabei eine — sich über den Stabquerschnitt
erstreckende — geschmolzene Zone S' erzeugende Energiequelle. Der zu streckende Stab St ist
dabei mit dem einen Ende auf der ihre Richtung während des Verfahrens beibehaltende Drehachse
eines Motors M' derart befestigt, daß bei mit entsprechender Geschwindigkeit laufenden und in Richtung
seiner Drehachse der Energiequelle Q' genäherte Motor M' der gewundene Stab St' Windung für
Windung sukzessive in den Wirkungsbereich der flnergiequelle Q' gelangt und dabei die geschmolzene
Zone ihre Lage in bezug auf die Energiequelle Q' unverändert beibehält. Der in einer besonderen Halterung
befestigte Keimkristall K' wird zu Beginn des Verfahrens mit der zunächst am Stabende erzeugten,
geschmolzenen Zone in Berührung gebracht und geradlinig mit einer mit Rücksicht auf die gewünschte
Stärke des zu erzeugenden, gestreckten Drahtes bemessenen Geschwindigkeit von der Schmelzzone entfernt.
Letzterer Vorgang entspricht also dem üblichen Ziehen von geraden Kristallstäben aus der Schmelze.
Es ist dabei möglich, die Schmelze nicht unmittelbar am Ende, sondern ein kleines Stück vom Ende entfernt
zu erzeugen und als Keimkristall das nicht von der Schmelzzone erfaßte Ende des gewundenen Siliciumstabes
zu verwenden. Vorzugsweise wird man jedoch die Schmelzzone direkt am Ende des gewundenen
Stabes erzeugen und als Keimkristall ein besonderes, einkristallines, reines Siliciumstück verwenden.
Neben der Erzeugung eines gestreckten Siliciumstabes besteht aber auch die Möglichkeit, den durch
den Abscheidungsvorgang erhaltenen, gewundenen Siliciumstab zu einem rohrförmigen Siliciumkörper
umzuformen. Hierzu dienen in erster Linie verhältnismäßig eng und dünn gewendelte Siliciumträger, die
nach dem Aufdickungsvorgang mehr oder weniger in einen zylinderähnlichen Siliciumkörper umgeformt
worden sind. Das Verfahren besteht darin, daß die einzelnen Windungen des eng gewundenen, verdickten
Stabes durch eine progressiv den gewundenen Stab längs seiner Windungsachse durchwandernde, gegebenenfalls
mehmals hin und zurück geführte, sich senkrecht zur Windungsachse des gewundenen Stabes
erstreckende Zone hoher Temperatur zu einem geraden, rohrförmigen Rohkörper verschmolzen wird.
Die Wirkungsweise des Verfahrens ist aus Fig. 4 ersichtlich. Darin bedeutet St" den gewundenen, an
beiden Enden gehalterten, verdickten Siliciumstab mit verhältnismäßig eng aneinanderliegenden Windungen,
Q" eine Induktionsspule, welche in ihm eine <{uer zur Windungsachse AA' verlaufende Zone Z
hoher Temperatur erzeugt. Die von dieser Spule Q" abgegebene Energiemenge wird man dabei so bemessen,
daß die einzelnen Windungen des Stabes St" nur oberflächlich anschmelzen, so daß zwischen den
benachbarten Windungen ein Verschmelzen möglich ist. Der sich auf diese Weise bildende Körper wird
durch mehrmaliges Hin- und Herführen der Zone hoher Temperatur, die dann zweckmäßig zu einer
Schmelzzone ausgestaltet wird, geglättet und gegebenenfalls zu einem Einkristall umgeformt.
Alle Verfahrensschritte werden zweckmäßigerweise unter Schutzgas vorgenommen.
Das Verfahren gemäß der Erfindung kann auch zur Herstellung von dotiertem Halbleitermaterial angewendet
werden, dadurch, daß erstens die zur Bildung des gewendelten Trägers benötigte Schmelze mit
Dotierungsstoffen versetzt wird und zweitens, daß bei dem Abscheidungsvorgang auf den gewendelten
dotierten Siliciumträger gleichzeitig Dotierungsstoffe aus der Gasphase abgeschieden werden. Dabei wird
bereits zur Herstellung des gewendelten Trägers eine mit Dotierungsstoffen versetzte Si-Schmelze verwendet.
Außerdem erfolgt die Verdickung des Trägers unter gleichzeitiger Abscheidung von Dotierungsmaterial
aus der Gasphase.
Die Verdickung des Trägers erfolgt vorzugsweise durch aus der Gasphase abgeschiedenes Material. Ungleichmäßigkeiten
der Ankristallisation, die durch das Verfahren naturgemäß bedingt sind, spielen keine
Rolle, da der erhaltene, gewundene Träger sowieso noch einmal durchgeschmolzen wird.
Claims (14)
1. Verfahren zur Herstellung von reinstem Silicium für Halbleiteranordnungen durch kristallines
Aufwachsen von reinstem, aus einer gasförmigen, hochgereinigten Siliciumverbindung abgeschiedenem
Silicium auf einen — insbesondere durch unmittelbaren Stromdurchgang — erhitzten, aus
reinstem Silicium bestehenden Trägerkörper, bei dem das Silicium auf einen dünnen, aus Silicium
bestehenden drahtförmigen Träger aufwächst und diesen verdickt, gekennzeichnet durch die Verwendung
eines gewendelten Siliciumdrahtes als Träger, der durch das aufgenommene Silicium zu
einem gewundenen Siliciumstab verdickt wird, der dann durch eine in ihm erzeugte, sukzessive den
gesamten Stab durchwandernde Zone hoher Temperatur zu einem gestreckten Rohkörper umgeformt
wird, aus dem die zur Verarbeitung zu Halbleiteranordnungen dienenden Siliciumkristalle in bekannter
Weise, z. B. durch Zerschneiden, gewonnen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der durch den Abscheidevorgang erhaltene,
gewundene Siliciumstab durch ein Zonenschmelzverfahren zu einem geraden, gegebenenfalls
einkristallinen Siliciumstab umgeformt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der durch den Abscheidevorgang aus
einem Trägerkörper mit eng aneinanderliegenden Windungen gewonnene, gewundene Siliciumstab
durch eine sukzessiv geführte Zone hoher Temperatur zu einem gestreckten, rohrförmigen, gegebenenfalls
einkristallinen Rohkörper umgeformt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung eines
vielfach gebogenen, insbesondere gewendelten, dünnen, drahtförmigen Trägers aus reinstem Silicium
ein reiner Siliciumkeimkristall in eine aus reinstem Silicium bestehende Schmelze getaucht
und anschließend längs einer gewendelten, vielfach gewundenen, z. B. einer Schraubenlinie, fortlaufend
von der Schmelze mit einer solchen Geschwindigkeit entfernt wird, daß das aus der
Schmelze kontinuierlich mitgeführte Silicium in Form eines dünnen, entsprechend der vom Keimkristall
durchlaufenen Schraubenlinie gewendelten Drahtes kristallisiert.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Bildung des
gewendelten, dünnen Trägers benötigte Silicium einer ausreichend bemessenen, in einem — vorzugsweise
vertikal gehalterten — dicken Stab aus reinem Silicium — z. B. an dessen oberen oder
unteren Ende — erzeugten, geschmolzenen Zone entnommen wird und daß der dicke Siliciumstab
nach Maßgabe des zur Bildung des gewendelten Trägers verbrauchten Siliciums sukzessive in die
Schmelzzone nachgeschoben wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Umformung des
durch den Abscheidevorgang erhaltenen, gewundenen Siliciumstabes in einen gestreckten Siliciumstab
an einem Ende des gewundenen Stabes eine sich über dessen Stabquerschnitt erstreckende, geschmolzene
Zone erzeugt und in diese ein aus reinstem Silicium bestehender, gegebenenfalls einkristalliner
Keimkristall eingetaucht wird, der anschließend mit einer solchen Geschwindigkeit längs
einer solchen, z. B. geradlinigen Bahn fortlaufend von der Schmelzzone entfernt wird, daß das von
dem Keimkristall kontinuierlich der Schmelzzone entnommene Silicium in Form eines geraden
Stabes von gewünschter Stärke an den Keimkristall ankristallisiert und daß während dieses
Vorganges der gewundene Stab nach Maßgabe des zur Bildung des gestreckten Stabes verbrauchten
Siliciums sukzessive in die Schmelzzone nachgeschoben wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzzone durch eine ortsfeste
— vorzugsweise den Querschnitt des gewundenen Stabes konzentrisch umfassende — Energiequelle,
z. B. durch eine Induktionsspule, erzeugt wird, in deren Wirkungsbereich die einzelnen
Windungen des gewundenen Stabes mit einer nach Maßgabe des zur Bildung des gestreckten Stabes
verbrauchten Siliciums bemessenen Geschwindigkeit durch eine Schraubung des gewundenen Siliciumstabes
sukzessive gelangen.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Keimkristall das nicht von
der Schmelzzone erfaßte Ende des gewundenen Siliciumstabes dient.
9. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Keimkristall ein besonderes,
einkristallines, reines Siliciumstück dient.
10. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Rohkörper' durch
eine längs der Rohrachse diesem entlanggeführte, geschmolzene Zone zwecks Ausbildung einer Einkristallstruktur
nachbehandelt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das betreffende
Verfahren in einer inerten Gasatmosphäre erfolgt.
12. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die schraubenförmige Bewegung des
auf der Drehachse eines Motors (M) exzentrisch gehalterten Siliciumkcimkristalls durch Drehung
der Achse des Motors (M) und eine die Richtung der Drehachse des Motor (M) unverändert lassende,
von der Schmelze (S) fortgerichtete Translationsbewegung des Morots (M) erzeugt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die schraubenförmige Bewegung des
als Keimkristall dienenden freien Endes eines gewundenen Siliciumdrahtstückes (K') erzeugt wird,
indem das gewundene Siliciumdrahtstück (K') von der senkrecht zur Oberfläche der Schmelze (S')
orientierten Drehachse eines Motors (M') so gehaltert wird, daß seine Windungsachse die geometrische
Verlängerung der Drehachse des Motors (M') bildet und der nach Berührung des
freien Endes des gewendelten Drahtstückes mit der Schmelze (S') mit entsprechender Drehgeschwindigkeit
in Betrieb gesetzte Motor (M') parallel zu seiner ihre Richtung während des Verfahrens unverändert
beibehaltenden Drehachse gleichzeitig von der Schmelze kontinuierlich entfernt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 6, 7 oder 8, gekennzeichnet durch die Anwendung einer den
Stabquerschnitt des gewundenen Stabes (St') konzentrisch umfassenden und dabei eine — sich
über den Stabquerschnitt erstreckende — geschmolzene Zone erzeugenden Energiequelle (Q')
und eines Motors (M'), auf dessen ihre Richtung während des Verfahrens unverändert beibehaltenden
Drehachse der gewundene Stab (5V) mit dem
einen Ende derart befestigt wird, daß bei fortschreitender Annäherung des Motors (M') an die
Energiequelle (Q') der sich mit der Drehachse des Motors (M') mit entsprechender Geschwindigkeit
um seine Windungsachse drehende gewundene Stab (St') Windung für Windung sukzessive in
den Wirkungsbereich der Energiequelle (Q') gelangt und dabei die geschmolzene Zone ihre Lage
in bezug auf die Energiequelle (Q') unverändert beibehält.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
© 909 637/372 9.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1066564B true DE1066564B (de) | 1959-10-08 |
Family
ID=592639
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DENDAT1066564D Pending DE1066564B (de) | Verfahren zur Herstellung von reinstem Silicium für Halbleiteranordnungen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE1066564B (de) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3134695A (en) * | 1958-12-09 | 1964-05-26 | Siemens Ag | Apparatus for producing rod-shaped semiconductor bodies |
DE1176625B (de) * | 1959-10-20 | 1964-08-27 | Siemens Ag | Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Staeben aus Silicium |
DE1225616B (de) * | 1960-06-22 | 1966-09-29 | Westinghouse Electric Corp | Vorrichtung zum Aufwickeln von durch Ziehen aus der Schmelze erhaltenen dendritischen Halbleiterkristallen |
FR2159339A1 (de) * | 1971-11-08 | 1973-06-22 | Tyco Laboratories Inc |
-
0
- DE DENDAT1066564D patent/DE1066564B/de active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3134695A (en) * | 1958-12-09 | 1964-05-26 | Siemens Ag | Apparatus for producing rod-shaped semiconductor bodies |
DE1176625B (de) * | 1959-10-20 | 1964-08-27 | Siemens Ag | Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Staeben aus Silicium |
DE1225616B (de) * | 1960-06-22 | 1966-09-29 | Westinghouse Electric Corp | Vorrichtung zum Aufwickeln von durch Ziehen aus der Schmelze erhaltenen dendritischen Halbleiterkristallen |
FR2159339A1 (de) * | 1971-11-08 | 1973-06-22 | Tyco Laboratories Inc |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE976899C (de) | Gasentladungsanlage zur Herstellung eines Stabes aus hochreinem Silicium | |
DE1223815B (de) | Verfahren zur Herstellung von reinstem Silicium | |
DE1187098B (de) | Verfahren zum Herstellen von Koerpern aus hochgereinigtem Halbleitermaterial | |
DE2548046B2 (de) | Verfahren zum Ziehen einkristalliner Siliciumstäbe | |
DE1665250C2 (de) | Supraleiter und Verfahren sowie Vorrichtung zu seiner Herstellung | |
DE2758888C2 (de) | Verfahren zur Herstellung reinster Siliciumeinkristalle | |
DE1066564B (de) | Verfahren zur Herstellung von reinstem Silicium für Halbleiteranordnungen | |
EP0142666A2 (de) | Verfahren zur Herstellung von versetzungsfreien Einkristallstäben aus Silicium | |
DE3017016A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zur herstellung von monokristallinem silicium in bandform | |
DE2059360A1 (de) | Verfahren zum Herstellen homogener Staeben aus Halbleitermaterial | |
DE1719024A1 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Stabes aus Halbleitermaterial fuer elektronische Zwecke | |
DE2722784A1 (de) | Verfahren zum reinigen von feststoffen | |
DE1278413B (de) | Verfahren zum Ziehen duenner stabfoermiger Halbleiterkristalle aus einer Halbleiterschmelze | |
DE1544292A1 (de) | Verfahren zum Herstellen stabfoermiger Siliciumeinkristalle mit ueber die gesamte Stablaenge homogener Antimondotierung | |
DE1141255B (de) | Verfahren zum Herstellen hochgereinigter einkristalliner Halbleiterstaebe | |
DE1042553B (de) | Verfahren zur Herstellung von Silicium grosser Reinheit | |
DE2508651A1 (de) | Verfahren zur herstellung von koerpern aus einem schmelzbaren kristallinen material, insbesondere halbleitermaterial, bei dem ein ununterbrochenes band aus diesem kristallinen material hergestellt wird, und durch dieses verfahren hergestellter koerper | |
DE2458490A1 (de) | Verfahren zum herstellen eines siliciumhalbleiterkristallstabes durch tiegelfreies zonenschmelzen | |
DE2727305A1 (de) | Verfahren zum abscheiden von feinkristallinem silicium aus der gasphase an der oberflaeche eines erhitzten traegerkoerpers | |
DE1148525B (de) | Verfahren zum Vergroessern des Stabquerschnittes beim tiegellosen Zonenschmelzen eines Stabes aus kristallinem Material, insbesondere Halbleitermaterial | |
DE1619994C3 (de) | Verfahren zum Züchten eines stabförmigen, versetzungsfreien Einkristalls aus Silicium durch tieqelfreies Zonenschmelzen | |
DE977436C (de) | Verfahren zum Herstellen von kristallinen, insbesondere halbleitenden Elementen durch elektrische Gasentladung | |
DE2831817A1 (de) | Verfahren zum abscheiden von silicium in feinkristalliner form | |
DE2447691A1 (de) | Verfahren zum herstellen von reinem silicium | |
DE1619994B2 (de) | Verfahren zum zuechten eines stabfoermigen, versetzungsfreien einkristalls aus silicium durch tiegelfreies zonenschmelzen |