DE1140548B - Verfahren zum Herstellen von einkristallinen Halbleiterkoerpern - Google Patents

Verfahren zum Herstellen von einkristallinen Halbleiterkoerpern

Info

Publication number
DE1140548B
DE1140548B DES63616A DES0063616A DE1140548B DE 1140548 B DE1140548 B DE 1140548B DE S63616 A DES63616 A DE S63616A DE S0063616 A DES0063616 A DE S0063616A DE 1140548 B DE1140548 B DE 1140548B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
semiconductor
carrier
deposition
silicon
maintained
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
Application number
DES63616A
Other languages
English (en)
Inventor
Dr Theodor Rummel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to DES63616A priority Critical patent/DE1140548B/de
Publication of DE1140548B publication Critical patent/DE1140548B/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-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
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02Elements
    • C30B29/06Silicon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-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
    • C30B25/00Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02Epitaxial-layer growth
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof

Description

  • Verfahren zum Herstellen von einkristallinen Halbleiterkörpern Zum Herstellen von Stäben, insbesondere aus hochreinem Silizium, ist es bekannt, einen langgestreckten, dünnen, an seinen Enden durch Elektroden gehalterten, aus hochreinem Halbleitermaterial bestehenden Trägerkörper nach einer Vorerwähnung durch einen über die Elektroden zugeführten elektrischen Strom auf hohe Temperatur zu erhitzen. Die Siliziumverbindung wird dabei thermisch zersetzt, und das entstehende elementare Silizium kristallisiert auf dem Träger an und verdickt ihn. Dabei wird der Träger z. B. durch Strahlung oder mittels Hochspannung zunächst vore:rwärmt und dann durch elektrischen Strom weiter erhitzt.
  • Bisher wurde beim Abscheiden des Halbleitermaterials aus der Gasphase angestrebt, möglichst große Einkristalle zu erzielen, und gegebenenfalls wurden die Halbleiterstäbe einem Zonenschmelzverfahren zur Einkristallherstellung unterworfen. Die Halbleiterkörper für Transistoren, Gleichrichter u. dgl. wurden dann aus dem Halbleiterstab durch Zersägen gewonnen, was aber einen nicht unerheblichen Verlust an Halbleitermaterial zur Folge hat.
  • Um vor allem diese Verluste möglichst gering zu halten, wird bei der Herstellung von einkristallinen Halbleiterkörpern zur Verwendung in Richtleitern, Transistoren u. dgl., bei der der Halbleiterstoff inssondere das Silizium, durch Zersetzung einer oder mehrerer gas- oder dampfförmiger Verbindungen des Halbleiters, die, mit einem reduzierenden Gas, insbesondere Wasserstoff, verdünnt, an einem aus dem gleschen Stoff bestehenden erhitzten Träger entlangströmen, unter kristalliner Abscheidung des Zersetzungsprodukts auf dem Träger gewonnen wird, erfindungsgemäß bei Verwendung eines polykristallinen Halbleiterkörpers als Träger die Oberflächentemperatur des Trägers, die Verdünnung der gasförmigen Verbindung des Halbleiters und die Geschwindigkeit, mit der das Reaktionsgasgemisch am Träger entlaus strömt, so wählt, daß die Abscheidegeschwindigkeit auf höchstens etwa 0,03 g/cm2 - h gehalten wird. Auf der Oberfläche des polykristallinen Trägers wachsen dann mehrere kleine Halbleitereinkristalle auf.
  • Es wird also angestrebt, kleine Kristalle zu erzeugen, die man zur Weiterverarbeitung nicht mehr wesentlich mechanisch bearbeiten muß. Auch hat es sich gezeigt, daß die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kristalle praktisch keine inneren mechanischen Spannungen aufweisen, die zu Versetzungen führen und damit die Legierungsbildung erschweren würden. Beim Einlegieren von Elektrodenmaterial in einen Kristall, dessen Kristallguter Versetzungen aufweist, erhält man Legierungsfronten mit unregelmäßigen Ausbuchtungen. Dadurch werden die Kennwerte des Halbleiterbauelements nachteilig beeinftußt.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren hat der hochreine Träger polykristalline Struktur, insbesondere mit einer durchschnittlichen Kristallgröße von mehreren Millimetern Durchmesser. Die einzelnen Kristallite des polykristallinen Stabes bilden die Keime für die Halbleiterkristalle, die während des Verfahrens aufwachsen.
  • Die Abscheidung wird unterbrochen, wenn die aufgewachsenen Halbleitereinkristalle eine für ihre Verwendung in Halbleiterbauelementen ausreichende Größe erlangt haben. Danach werden diese Einkristalle vom Träger entfernt und zur Herstellung eines Halbleiterbauelements verwendet. Man muß natürlich darauf achten, daß das Zusammenwachsen der Einkristalle weitgehend vermieden wird.
  • Das Verfahren hat den Vorteil, daß man eine Vielzahl von Einkristallen erhält, die nun ohne wesent-liche mechanische Bearbeitung und damit praktisch ohne Materialverlust zu Halbleiterbauelementen weiterverarbeitet werden können. Es ist außerdem günstig, daß der Träger nach dem Ablösen der einzelnen aufgewachsenen Einkristalle wieder für den nächsten Aufwachsvorgang verwendet werden kann.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens besteht darin, daß die absolute Oberflächentemperatur des Trägers während der Abscheidung weit unter der Schmelztemperatur des Halbleiters gehalten werden kann, insbesondere bei etwa zwei Dritteln bzw. drei Vierteln der Schmelztemperatur, bei Silizium also z. B. auf etwa nur 900 bis 1000°C. Die Abscheidegeschwindigkeit wird dabei zweckmäßig auf etwa 0,005 bis 0,012 g/cm2 - h gehalten.
  • Die zu zersetzende Halbleiterverbindung durchströmt, in an sich bekannter Weise mit einem reduzierenden Gas, insbesondere Wasserstoff, vermischt, das Zersetzungsgefäß, in dem der erhitzte Träger angeordnet ist, mit einer zur Einkristallbildung ausreichenden geringen Geschwindigkeit. Hierbei ist etwa 1 cm3 der flüssigen Form der Halbleiterverbindung in Dampfform mit mehreren, insbesondere etwa 5 bis 101 Wasserstoff vermischt. Ausführungsbeispiel In der Anlage, wie sie zur Abscheidung von Silizium aus der Gasphase verwendet wird, ist in einem Reaktionsgefäß, dessen Länge etwa 43 cm bei einem Innendurchmesser von etwa 5,5 cm beträgt, als Träger ein polykristalliner Stab von 20 cm Länge und 1 cm Durchmesser angeordnet. Die beiden Stabhalterungen bilden dabei zugleich die Stromanschlüsse zum Erhitzen des Trägers auf die Zersetzungstemperatur. Das Silizium wächst sehr langsam und bei relativ niedrigen Temperaturen auf die polykristalline Unterlage auf. Die Abscheidegeschwindigkeit ist auf etwa 0,4 g/h eingestellt, das entspricht, bezogen auf die Staboberfläche von etwa 60 em2, einer Abscheidegeschwindigkeit von etwa 0,007g/cm-h. Bei dem bisher bekannten Verfahren wird für die gleichen Abmessungen des Stabes und des Zersetzungsgefäßes eine Abscheidegeschwindigkeit von 4 bis 8 g/h angestrebt. Das sind, auf die Staboberfläche umgerechnet, etwa 0,067 bis 0,134 g/cm2-h, also das Zehn- bis Zwanzigfache der Abscheidegeschwindigkeit gegenüber dem beanspruchten Verfahren. Die Temperatur des Trägers liegt dabei sehr tief, bezogen auf die Schmelztemperatur des Halbleitermaterials. Sie liegt für Silizium möglichst unter 1000°C, etwa bei 900° C, auf alle Fälle aber unter 1100° C.
  • An dem erhitzten Stab strömt das Reaktionsgas entlang, das aus einer mit Wasserstoff stark verdünnten gasförmigen Halbleiterverbindung, z. B. Silicochloroform (SiHCl3), besteht. In 17 Stunden werden 300 cm3 Silichloroform, vermischt mit 20001 Wasserstoff, an dem Stab entlanggeführt, auf dem sich das Silizium in Form wohlausgebildeter Kristalle von etwa 2 bis 3 cm Größe abscheidet. Die so aufgewachsenen KristaIlite zeichnen sich besonders durch eine hohe Lebensdauer der in ihnen fließenden Ladungsträger aus.
  • Durch Zugabe von Dotierungsstoffen zum Reaktionsgasgemisch, z. B. Antimonchlorid (SbCl3) oder Borehlorid (BCI3), kann man bekanntermaßen homogen dotierte Einkristalle oder auch durch intermittierende Zugabe von p- bzw. n-dotierenden Stoffen Einkristalle, die Schichten mit verschiedenem Leitungstyp aufweisen, herstellen. Die Einkristalle können dann durch Abschleifen weiter zu Halbleiterbauelementen verarbeitet werden.
  • In Fig. 1 ist ein Einkristall dargestellt, wie er auf der polykristallinen Unterlage aufwächst, aus dem durch Schneiden in der Ebene 1 und durch Abschleifen der Spitze 2 ein Halbleiterkörper hergestellt werden kann, der die mit ausgezogenen Linien umrissene Form aufweist. Aus dem Teil 3 des Einkristalls kann natürlich der gleiche Halbleiterkörper hergestellt worden.
  • Aus diesem Halbleiterkörper kann durch Eindiffundieren und Einlegieren z. B. ein Transistor hergestellt werden, wie er in Fig. 2 dargestellt ist. Die Kollektorelektrode 4 ist unter Bildung eines p-n-Übergangs in den Halbleiterkörper 5 einlegiert und die dünne Basisschicht 6 durch Diffusion hergestellt. 7 sind die linienförmigen Basiskontakte, die sperrfrei mit der Basisschicht verbunden sind, und S ist die mit Emitterelektrode, die unter Bildung eines p -n-Übergangs, gegebenenfalls nach dem Doppeldiffussionsverfahren, in - die Basisschicht 6 einlegiert ist.

Claims (5)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zum Herstellen von einkristallinen Halbleiterkörpern zur Verwendung in Richtleitern, Transistoren u. dgL, bei dem der Halbleiterstoff, insbesondere das Silizium, durch Zersetzung einer oder mehrerer gas- oder dampfförmiger Verbindungen des Halbleiters, die, mit einem reduzierenden Gas, insbesondere Wasserstoff, verdünnt, an einem aus dem gleichen Stoff bestehenden erhitzten Träger entlangströmen, unter kristalliner Abscheidung des Zersetzungsproduktes auf dem Träger gewonnen wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines polykristallinen Halbleiterkörpers als Träger die Oberflächentemperatur des Trägers, die Verdünnung der gasförmigen Verbindung des Halbleiters und die Geschwindigkeit, mit der das Reaktionsgasgerilisch am Träger entlangströmt, so gewählt werden, daß die Abscheidegeschwindigkeit auf höchstens etwa 0,03 g/cm2 - h gehalten wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Trägers mit grobkristalliner Struktur, insbesondere mit einer durchschnittlichen Kristallgröße von mehreren Millimetern Durchmesser.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidegeschwindigkeit auf etwa 0,005 bis 0,012 g/cm2-h gehalten wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die absolute Oberflächentemperatur des Trägers während der Abscheidung bei etwa zwei Dritteln bis drei Vierteln der Schmelztemperatur, bei Silizium z. B. auf etwa 900 bis 1000°C, gehalten wird.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß 1 cm3 der Halbleiterverbindung (in flüssiger Form) mit etwa 5 bis 101 Wasserstoff vermischt wird. In Betracht gezogene Druckschriften: USA.- Patentschrift Nr. 2 854 318.
DES63616A 1959-06-25 1959-06-25 Verfahren zum Herstellen von einkristallinen Halbleiterkoerpern Pending DE1140548B (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DES63616A DE1140548B (de) 1959-06-25 1959-06-25 Verfahren zum Herstellen von einkristallinen Halbleiterkoerpern

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DES63616A DE1140548B (de) 1959-06-25 1959-06-25 Verfahren zum Herstellen von einkristallinen Halbleiterkoerpern

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE1140548B true DE1140548B (de) 1962-12-06

Family

ID=7496507

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DES63616A Pending DE1140548B (de) 1959-06-25 1959-06-25 Verfahren zum Herstellen von einkristallinen Halbleiterkoerpern

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE1140548B (de)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2854318A (en) * 1954-05-18 1958-09-30 Siemens Ag Method of and apparatus for producing semiconductor materials

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2854318A (en) * 1954-05-18 1958-09-30 Siemens Ag Method of and apparatus for producing semiconductor materials

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE1667657C3 (de) Verfahren zur Herstellung von Siliciumkarbidwhiskers
DE1102117B (de) Verfahren zum Herstellen von reinstem Silicium
DE1223951B (de) Verfahren zur Herstellung von Halbleiter-bauelementen mit einem oder mehreren PN-UEbergaengen
DE1185151B (de) Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von einkristallinen, insbesondere duennen halbleitenden Schichten
DE2207056A1 (de) Verfahren zum selektiven epitaxialen Aufwachsen aus der flüssigen Phase
DE1123300B (de) Verfahren zur Herstellung von Silicium oder Germanium
DE1274347B (de) Einkristall aus GaAs hohen spezifischen Widerstands und Verfahren zu seiner Herstellung
DE1173994B (de) Verfahren zur Herstellung von elektrischen Halbleiteranordnungen
DE2544286A1 (de) Verfahren zum zuechten halbisolierender halbleiterkristalle aus verbindungen iii bis v
DE1191794B (de) Verfahren zur Herstellung gereinigter Borphosphideinkristalle
DE1140548B (de) Verfahren zum Herstellen von einkristallinen Halbleiterkoerpern
DE1161036B (de) Verfahren zur Herstellung von hochdotierten AB-Halbleiterverbindungen
DE1667604B1 (de) Verfahren zur herstellung von kristallinem cadmiumtellurid
DE1131808B (de) Verfahren zum Herstellen von n-leitenden Halbleiterkoerpern von Transistoren od. dgl. aus Elementen der IV. Gruppe des Periodischen Systems, insbesondere Germanium oder Silizium
AT229371B (de) Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung
DE102018122986B4 (de) Verfahren zum abscheiden von siliziumrohmaterial, silizium-wafer, solarzelle und pv-modul
AT214410B (de) Verfahren zum Herstellen stabförmiger Halbleiterkörper
AT239855B (de) Verfahren zur Herstellen einer Halbleiteranordnung
AT222702B (de) Verfahren zur Herstellen einer Halbleiteranordnung
AT222183B (de) Verfahren zur Abscheidung von Halbleitermaterial
AT250441B (de) Verfahren zum Herstellen von kristallinem vorzugsweise einkristallinem Silizium
DE1544274C3 (de) Vorrichtung zum Herstellen einkristalliner, epitaktischer Aufwachsschichten aus halbleitenden Verbindungen
DE1207922B (de) Verfahren zum Herstellen von hochreinen Halbleitersubstanzen, insbesondere von Silizium
DE1591280C3 (de) Festkörper-Mikrowellen-Oszillatorelement
AT224693B (de) Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung