DE1075555B - Verfahren zur Herstellung reinster schwer schmelzender Stoffe für Halbleiterzwecke z. B. von Borstickstoff - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung reinster, schwer schmelzender Stoffe für Halbleiterzwecke, z. B. von Borstickstoff Zur'Darstellung von reinem Borstickstoff gibt es mehrere Verfahren. So kann man ihn beispielsweise durch Eintropfen von Borbromid in flüssiges Ammoniak und anschließendes Erwärmen oder durch Einleiten eines Gemisches von Borchloriddampf und Ammoniakgas in eine glühende Quarzröhre gewinnen.
• Bei diesen Darstellungsverfahren erhält man aber keinen kompakten Borstickstoff, sondern ein außerordentlich voluminöses, leichtes Pulver. Alle bisherigen Verfahren, dieses Borstickstoffpulver zu schmelzen, haben den Nachteil, daß durch den Schmelzprozeß das ursprünglich reine Pulver verunreinigt wird. So besteht ein bekanntes Verfahren, mikrokristallinen Borstickstoff zu schmelzen, darin, daß man aus dem Pulver einen zylindrischen Körper preßt, welcher in der Mitte einen kleinen Hohlraum besitzt, in den von den beiden Stirnflächen her zwei Kohleelektroden münden. Zwischen beiden Elektroden kann ein Niederspannungs-Flammbogen gezündet werden, der durch seine Wärmeentwicklung die Borstickstoffwand zum Schmelzen bringt. Dieser Borstickstoff ist aber nun in einem Maße verunreinigt, daß er für Halbleiterzwecke nicht brauchbar ist.
• Gegenstand dieser Erfindung ist ein neues Verfahren zum Schmelzen von reinstem, pulverförmigem Borstickstoff oder anderen reinsten Stoffen mit sehr hohem Schmelzpunkt, z. B. Silizium, ohne daß die Schmelze mit Stoffen, z. B. Tiegelwänden, Sauerstoff, in Berührung kommt, welche zu einer Verunreinigung führen.
• Das Verfahren gemäß der Erfindung zur Herstellung reinster, schwer schmelzender Stoffe für Halb leiterzwecke in kompakter Form, z. B. Borstickstoff, durch Schmelzen eines in einem Trägergasstrom enthaltenen Pulvers und Niederschlagen des Schmelzgutes auf einem bewegbaren Träger ist dadurch ge kennzeichnet, daß als Trägergas ein inertes Gas verwendet, der mit dem Pulver beladene Gasstrom durch eine Gasentladung geführt und als bewegbarer Träger eine Elektrode verwendet wird. Beim Verfahren gemäß der Erfindung wird also das Borstickstoffpulver in einen Trägergasstrom, für welchen vorzugsweise reinster Wasserstoff in Frage kommt, durch eine zwischen zwei Elektroden übergehende elektrische Gasentladung durchgestäubt, so daß es schmilzt und sich auf einer dritten Elektrode im flüssigen Zustand abscheidet, wo sich der Borstickstoff dann verfestigt. Dabei kann die Entladung zwischen mehr als zwei Elektroden, vorzugsweise zwischen drei Elektroden, vorgenommen und die als Träger dienende Elektrode auf einem Potential, das zwischen dem der beiden anderen Elektroden liegt, gehalten werden. Es ist insbesondere vorteilhaft, die Träger elektrode auf Nullpotential zu halten.
• Zweckmäßigerweise sind gemäß einer Ausführungsform die beiden Hauptelektroden, zwischen denen die elektrische Entladung übergeht, horizontal und parallel auf einer Symmetrieachse angeordnet, während die dritte Elektrode lotrecht unterhalb des Mittelpunktes des Gasentladungsraumes nach abwärts angebracht ist. In der Verlängerung dieser dritten Elektrode nach oben befindet sich die oeffnung, aus welcher das Pulver-Gas-Gemisch in die Entladungszone eintritt. Das Verfahren nach der Erfindung ist aber nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. So-können beispielsweise die beiden Hauptelektroden durch drei in einer horizontalen Ebene, vorzugsweise in einemWinkel von 1200 zueinander, angeordneteElektroden ersetzt werden, was unter Umständen ein besonders gleichmäßiges Schmelzen ergibt. Auch können in einer anderen Ausführungsform nur zwei senkrecht angeordnete Elektroden verwendet werden, wobei die obere Elektrode als Hohlelektrode ausgebildet ist, durch die das Pulver-Gas-Gemisch auf die Gegenelektrode stäubt.
• Die Entladung kann sowohl mit Wechselstrom als auch mit Gleichstrom betrieben werden, wobei je nach Anordnung der Elektroden die eine oder andere Stromart günstiger ist Auch das Potential der Elektroden ist zu beachten.
• Beispielsweise können bei einer Anordnung von zwei horizontalen Hauptelektroden und einer senkrecht dazu stehenden Gegenelektrode die von außen angelegten Potentiale die Werte erhalten: 1 = 1000V, 2 = +1000V, 3 = OV, oder aber: 1 = 2 = 1000V, 3 = OV, je nachdem man eine heißere Elektrode wünscht oder nicht. Auch kann die Gegenelektrode aus einem geeigneten, hochschmelzenden Isolator bestehen, so daß diese Elektrode nur durch die NVärmeentwicklung der Gasentladung erhitzt wird.
• Die Gegenelektrode kann sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung bewegt werden, so daß sie nach Maßgabe des Wachsens des geschmolzenen Borstickstoffs aus der heißesten Zone des Gasentladungsraumes entfernt werden kann. In dieser kälteren Zone kristallisiert dann der untere Teil der Schmelze aus. Zweckmäßigerweise werden auch die Hauptelektroden beweglich angeordnet, um die Leistung der elektrischen Entladung regulieren zu können.
• In einer besonderen Ausführungsform kann um die senkrechte Gegenelektrode in einigem Abstand ein nicht mit dieser Elektrode verbundener Hohlzylinder aus hochschmelzendem Material, z. B. Wolfram, Molybdän, Tantal od. dgl., angebracht werden, welcher den unteren Teil dieser Elektrode kühlt, was das gleichmäßige Erstarren der Schmelze in dieser Zone erleichtert.
• Als Elektrodenmaterial haben sich Wolfram und Kohle bewährt, für die Gegenelektrode auch höchstschmelzende Oxyde, wie Magnesiumoxyd und Berylliumoxyd. Unter Umständen ist es zweckmäßig, die Entladungselektroden zu kühlen.
• Je nach Art der Ausführungsform der Apparatur und des zu schmelzenden Stoffes ist es zweckmäßig, entweder bei Atmosphärendruck, unterhalb von Atmosphärendruck oder oberhalb von Atmosphärendruck zu arbeiten.
• In der Figur ist eine Anordnung zur Ausübung des Verfahrens nach der Erfindung beispielsweise dargestellt.
• Die Apparatur besteht größtenteils aus Glas. Sie wird nach Einfüllen des pulverförmigen Borstickstoffs oder eines anderen pulverförmigen Stoffes, z. B.
• SiIicium, in das Siebgefäß 7 vollständig mit einem inerten Gas, vorzugsweise reinstem Wasserstoff,gefüIlt, was durch vorheriges Evakuieren auf Hochvakuum geschehen kann. Der aus der Bombe entnommene Wasserstoff nimmt dann folgenden Weg: Gasgeschwindigkeitsmesser 1 zum EinsteIlen bestimmter Gasgeschwindigkeiten - Zweiweghahn 2 - 25 cm langes Glasrohr 3, mit PalIadiumasbest gefüIlt und durch einen Rohrofen auf 1800 C erhitzt, zur Verbrennung des Sauerstoffs im Wasserstoff - tJ-Rohr 4, gefüllt mit SiIicagel und auf - 1960 C gekühlt (zur Adsorption aIIer Dämpfe und Gase außer Wasserstoff, Helium und Neon) - Hahn 5 - Gefäß 6 zur Aufnahme des Behälters 7 für das zu schmelzende Pulver. Dieser Behälter 7 besitzt als Boden ein Drahtnetz aus Phosphorbronze. Der Behälter ist über einen Glasstab 8 und einen Gummischlauch 9 mit dem Gefäß 6 federnd verbunden. Durch Klopfen auf das obere Ende des Glasstabes, was zweckmäßigerweise mechanisch erfolgt, wird ständig eine dosierbare Menge des Pulvers in das Rohr 10 gestäubt, aus welchem es durch den Gasstrom auf die Gegenelektrodellt geblasen wird.
• Der untere Teil des Rohres besteht aus Quarzglas.
• Das Reaktionsgefäß ist ein wassergekühlter Glaskolben. Dieser besitzt drei geschliffene Glasröhren 11 a, 11 b, 11 c, in welchen gefettete zylindrische Glasröhren mit eingeschmolzenen Wolframstäben 11 d, 11e, 11 J hochvakuumdicht und verschiebbar angeordnet sind. Die Bewegung erfolgt durch ein (nicht gezeichnetes) Triebwerk. Der Wasserstoff verläßt den Kolben schließlich über Hahn 12 und Kapillare 13.
• Andere Elektrodenmaterialien können in Form von Hütchen auf die Wolframstäbe aufgesteckt werden.
• PATENTANSPROCHE t. Verfahren zur Herstellung reinster, schwer schmelzender Stoffe für Halbleiterzwecke in kompakter Form, z. B. von Borstickstoff, durch Schmelzen eines in einem Trägergasstrom enthaltenen Pulvers und Niederschlagen des SchmeIzgutes auf einem bewegbaren Träger, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägergas ein inertes Gas verwendet, der mit dem Pulver beladene Gasstrom durch eine Gasentladung geführt und als bewegbarer Träger eine Elektrode verwendet wird.

Claims (1)

1. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladung zwischen mehr als zwei Elektroden, vorzugsweise zwischen drei Elektroden, vorgenommen und die als Träger dienende Elektrode auf einem Potential, das ZlVischen dem der beiden anderen Elektroden liegt, gehalten wird.

   3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladung zwischen mehreren Elektroden vorgenommen und die Trägerelektrode auf Nullpotential - gehalten wird.

   4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als inertes Gas reinster Wasserstoff verwendet wird.

   5. Verfahren nach Anspruch 1 bis. 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasentladung bei Atmosphärendruck betrieben wird.

   6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bewegbare, vorzugsweise aus schmelzbarem Material bestehende Elektroden für die Gasentladung verwendet werden.

   7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei senkrecht angeordnete Elektroden verwendet werden, wobei die obere Elektrode als Hohlelektrode ausgebildet ist.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 619331; französische Patentschrift Nr. 938 668.