DE1167987B

DE1167987B - Method for manufacturing a semiconductor device

Info

Publication number: DE1167987B
Application number: DES75504A
Authority: DE
Inventors: Dr Heinz Henker; Dr Josef Grabmaier; Hans-Friedrich Quast; Dr Theodor Rummel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1958-12-09
Filing date: 1958-12-09
Publication date: 1964-04-16

Description

Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung, wie Gleichrichter, Transistoren od. dgl., mit einem oder mehreren pn-Übergängen, bei dem ein eine hochgereinigte, gasförmige Verbindung eines Halbleiterstoffes enthaltendes Reaktionsgasgemisch thermisch zersetzt und der zu gewinnende Stoff aus einem oder mehreren stabförmigen, insbesondere einkristallinen Trägern gleichen Materials abgeschieden wird.Method of manufacturing a semiconductor device The invention relates to refer to a method for manufacturing a semiconductor device, such as a rectifier, Transistors or the like, with one or more pn junctions, in which a highly purified, gaseous compound of a reaction gas mixture containing a semiconductor material thermally decomposed and the material to be obtained from one or more rod-shaped, in particular monocrystalline supports of the same material is deposited.

Gemäß der Erfindung ist bei diesem Verfahren vorgesehen, daß das Reaktionsgasgemisch in eine im wesentlichen nur einen U-förmigen, mittels Stromdurchgang erhitzten Träger enthaltende Kammer eines Reaktionsgefäßes eingeleitet wird, die durch eine insbesondere aus Quarz bestehende Wand von einer Vorkammer getrennt ist, die die Halterungen und die Zuführungen für den Heizstrom des Trägers; die metallische Grundplatte des Reaktionsgefäßes sowie alle übrigen Teile der Anordnung enthält, daß das Gasgemisch in dieser Kammer thermisch zersetzt und auf einem U-förmigen Träger abgeschieden wird und daß ein Halbleiterkörper für die n- (bzw. p-) leitende Zone einer Halbleiteranordnung durch Zerteilung des entstandenen Halbleiterstabes gewonnen und durch Umdotieren, insbesondere durch Einleaieren von Aktivatoren ein oder mehrere pn-Übergänge in diese@.n Halbleiterkörper hergestellt werden.According to the invention it is provided in this method that the reaction gas mixture in an essentially only one U-shaped carrier heated by the passage of current containing chamber of a reaction vessel is initiated by a particular made of quartz wall is separated by an antechamber that holds the mounts and the feeds for the heating current of the carrier; the metallic base plate of the Reaction vessel and all other parts of the arrangement that contains the gas mixture thermally decomposed in this chamber and deposited on a U-shaped support and that a semiconductor body for the n- (or p-) conductive zone of a semiconductor device obtained by dividing the resulting semiconductor rod and redoping, in particular by leaking activators into one or more pn junctions these @ .n semiconductor bodies are produced.

Die Haube des Reaktionsgefäßes und die Trennwand, also alle den eigentlichen Reaktionsraum begrenzenden Flächen, bestehen dabei zweckmäßig aus reinem Quarz. Die Teile der Apparatur, die aus Materialien bestehen, aus denen bei den beim Verfahren angewandten Temperaturen Stoffe, insbesondere Phosphor, herausdampfen, die zu einer Verunreinigung des Halbleitermaterials führen, sind also durch eine Wand vom eigentlichen Reaktionsraum getrennt. Auch das beim Verfahren anfallende Abgas strömt zunächst durch verhältnismäßig kleine Öffnungen in die möglichst alle. Teile außer dem Träger selbst enthaltende Vorkammer, aus der es dann durch ein Abflußrohr, das z. B. durch die metallische Grundplatte des Reaktionsgefäßes hindurchgeführt ist, abfließt. Die Trennwand enthält möglichst enge Bohrungen, durch die die Halbleiterstäbe hindurchgeführt sind. Durch die so entstehenden Spalte strömt das Abgas vom Reaktionsraum in die Vorkammer bzw. Abgaskammer zurück und verhindert weitgehend die Rückdiffusion von Verunreinigungen aus den Metallteilen der Vorkammer in den eigentlichen Reaktionsraum. Das Zuführungsrohr für das Reaktionsgasgemisch wird unmittelbar in die im wesentlichen nur den Träger enthaltende Kammer des Reaktionsgefäßes eingeführt.The hood of the reaction vessel and the partition, i.e. all the actual ones Areas delimiting the reaction space are expediently made of pure quartz. The parts of the apparatus that are made of materials used in the process Applied temperatures, substances, especially phosphorus, evaporate, which lead to a Contamination of the semiconductor material lead, so are through a wall from the actual Separate reaction space. The exhaust gas produced during the process also flows first through relatively small openings in all of them. Parts except the carrier self-contained antechamber, from which it is then through a drain pipe which z. B. by the metal base plate of the reaction vessel is passed through, flows off. The dividing wall contains holes as narrow as possible through which the semiconductor rods are passed are. The exhaust gas flows through the resulting gaps from the reaction chamber into the Pre-chamber or exhaust chamber back and largely prevents the back diffusion of Impurities from the metal parts of the antechamber into the actual reaction chamber. The feed pipe for the reaction gas mixture is directly in the essentially introduced only the carrier containing chamber of the reaction vessel.

Der U-förmige Träger besteht aus zwei als Ausgangsträger dienenden Schenkeln und einer aus dem gleichen, ebenfalls hochreinen Halbleiterstoff bestehenden Brücke. Der U-förmige Teil liegt während des Abscheidens mit den freien Enden - seiner Schenkel an einer Betriebsspannungsquelle und wird durch den durch ihn hindurchfließenden Strom auf der Zersetzungstemperatur gehalten. Dabei reicht die normale Netzspannung infolge des hohen Reinheitsgrades des Trägerkörpers zunächst nicht aus, um die Trägerkörper von Zimmertemperatur auf die Zersetzungstemperatur zu erhitzen. Daher werden die freien Enden der beiden Schenkel zu Beginn des Verfahrens über eine Hochspannungsquelle geschlossen. Mit zunehmender Erwärmung nimmt dann die Leitfähigkeit des Halbleitermaterials zu, und es kann die Umschaltung auf die normale Netzspannungsquelle erfolgen. Der Strom wird dabei über einen induktiven Widerstand leistungslos geregelt. Die Vorerwärmung des Stabes. kann aber auch durch einen Ofen von außen erfolgen.The U-shaped beam consists of two starting beams Legs and one made of the same, also high-purity semiconductor material Bridge. The U-shaped part lies with the free ends during the deposition - its legs to an operating voltage source and is through the flowing through it Current kept at the decomposition temperature. The normal mains voltage is sufficient due to the high degree of purity of the carrier body initially not enough to protect the carrier body from room temperature to the decomposition temperature. Hence the free ends of the two legs at the beginning of the procedure via a high voltage source closed. As the temperature increases, the conductivity of the semiconductor material then decreases to, and the switchover to the normal mains voltage source can take place. Of the Current is regulated without power via an inductive resistor. The preheating of the staff. but can also be done from the outside through an oven.

Um zu gewährleisten, daß die Enden während des Abscheidevorganges nicht oder nur sehr wenig verändert werden, werden die Enden des Trägers während des Abscheidens auf einer so niedrigen Oberflächentemperatur gehalten, bei der praktisch keine Abscheidung mehr erfolgt. Ein Teil der durch den Stromfluß entstehenden Wärme wird an den Stabenden durch die Halterungen abgeführt. Reicht diese Wärmeabfuhr für die Kühlung der Stabenden nicht aus, so kann ein Spülgas, z. B. Argon oder insbesöndere Sauerstoff, an den Enden des Trägers vorbeigeleitet werden. Dieser Gasstrom wirkt nicht nur kühlend, sondern umgibt außerdem die Enden des Trägers, insbesondere an den Durchführungen durch die Quarzplatte, mit einer sogenannten Gasschürze, die verhindert, daß die gasförmige Halbleiterverbindung an diese Stellen des Trägers gelangt.To ensure that the ends during the deposition process not, or only very little, are changed, the ends of the girder will be during of the deposition is kept at such a low surface temperature that practical no more separation takes place. Part of the heat generated by the flow of current is discharged at the rod ends through the brackets. This heat dissipation is sufficient for the cooling of the rod ends is not enough, a purge gas, e.g. B. argon or insbesöndere Oxygen, bypassed the ends of the carrier. This gas flow works not only cooling, but also surrounds the ends of the girder, especially at the bushings through the quartz plate, with a so-called Gas apron that prevents the gaseous semiconductor compound from reaching these locations of the wearer.

Es kann ferner das Spülgas durch ein Rohr in die Vorkammer eingeführt und die abströmenden Gase können unmittelbar aus der den Träger enthaltenden Kammer abgeführt werden. Dadurch werden alle in die Vorkammer hineinragenden Teile von einem durch die Vorkammer bis in die im wesentlichen nur den Träger enthaltende Kammer strömenden Gasstrom umspült, und es wird vermieden, daß der bei der Zersetzung der gasförmigen Verbindung des Halbleiterstoffes frei werdende Chlorkohlenwasserstoff mit dem Abgas in die Vorkammer gelangt und die dort vorhandenen Metallteile angreift, so daß dotierende Stoffe frei werden.The purge gas can also be introduced into the antechamber through a pipe and the outflowing gases can be released directly from the chamber containing the carrier be discharged. As a result, all parts protruding into the antechamber are removed from one through the antechamber to the one containing essentially only the carrier Chamber flowing gas stream, and it is avoided that during the decomposition the chlorinated hydrocarbon released by the gaseous compound of the semiconductor gets into the antechamber with the exhaust gas and attacks the metal parts there, so that doping substances are released.

Mit diesem Verfahren wird eine erhebliche Verringerung der im Silizium eingebauten Verunreinigungen erreicht. Man erhält Siliziumstäbe mit einem spezifischen Widerstand von 600 bis 1000 Ohm - cm. Werden die so hergestellten Siliziumstäbe in einer Zonenziehapparatur weiter behandelt, so erhält man Siliziumstäbe, die im wesentlichen nur noch Bor als Verunreinigung enthalten, also Stäbe aus p-leitendem Silizium.Using this process will result in a significant reduction in the level of silicon built-in impurities. One obtains silicon rods with a specific Resistance from 600 to 1000 ohms - cm. Are the silicon rods produced in this way Treated further in a zone pulling apparatus, silicon rods are obtained which are im essentially only contain boron as an impurity, i.e. rods made of p-conducting Silicon.

Durch Zerteilen des entstandenen Halbleiterstabes wird ein Halbleiterkörper für die n- (bzw. p-) leitende Zone einer Halbleiteranordnung gewonnen, und durch Umdotieren, insbesondere durch Einlegieren von Aktivatoren werden ein oder mehrere pn-Übergänge in diesem Halbleiterkörper hergestellt.A semiconductor body is formed by dividing the resulting semiconductor rod obtained for the n- (or p-) conductive zone of a semiconductor arrangement, and by Redoping, in particular by alloying activators, is one or more pn junctions made in this semiconductor body.

In der Figur ist ein Ausführungsbeispiel eines Transistors dargestellt, bei dem die n- (bzw. p-) leitende Zone 19 durch Zerschneiden eines Siliziumstabes gewonnen ist, während die p- (bzw. n-) Zone z. B. durch Einlegieren von als Akzeptor bzw. Donator wirksamen Dotierungsstoffen, insbesondere Indium bzw. Gold-Antimon, gebildet ist. Durch Einlegieren der Legierungspillen 20 (Kollektorelektrode) und 21 (Emitterelektrode) in den Siliziumkörper 19 bilden sich in dem zunächst n- bzw. p-leitenden Silizium p- bzw. n-leitende Rekristallisationszonen 22 und 23 aus.In the figure, an embodiment of a transistor is shown in which the n- (or p-) conductive zone 19 is obtained by cutting up a silicon rod, while the p- (or n-) zone z. B. is formed by alloying dopants effective as acceptor or donor, in particular indium or gold-antimony. By alloying the alloy pills 20 (collector electrode) and 21 (emitter electrode) into the silicon body 19, p- and n-conductive recrystallization zones 22 and 23 are formed in the initially n-conducting or p-conducting silicon.

Claims

Claims: 1. A method for producing a semiconductor arrangement, such as rectifiers, transistors or the like, with one or more pn junctions, one containing a highly purified gaseous compound of a semiconductor material Reaction gas mixture thermally decomposed and the substance to be obtained on one or deposited several rod-shaped, in particular single-crystal carriers of the same material is, d a - characterized in that the reaction gas mixture in a substantially only one U-shaped chamber containing the carrier heated by the passage of current a reaction vessel is introduced, which is in particular made of quartz by a Wall is separated by an antechamber, which holds the brackets and supplies for the heating current of the carrier, the metallic base plate of the reaction vessel and all other parts of the arrangement contains that the gas mixture in this chamber is thermal is decomposed and deposited on the U-shaped carrier, and that a semiconductor body for the n- (or p-) conductive zone of a semiconductor arrangement by dividing the Resulting semiconductor rod obtained and by redoping, in particular by Alloying activators, one or more pn junctions in this semiconductor body getting produced.

2. The method according to claim 1, characterized in that the Reaction gas mixture to be decomposed directly into essentially only the carrier containing chamber of the reaction vessel is introduced.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the outflowing gases initially through relatively small openings through the antechamber and from there through one in the metallic one Drain the drainpipe attached to the base plate.

4. The method according to any one of the claims 1 to 3, characterized in that a flushing gas through a pipe into the antechamber introduced and the outflowing gases through a drain pipe directly from the Carrier containing chamber are discharged. Considered publications: German Patent Nos. 853 926, 865160, 885 756; U.S. Patent No. 2 556 711, 2 759 855.