DE1185150B

DE1185150B - Verfahren zur Gewinnung von reinstem Halbleitermaterial, insbesondere Silicium

Info

Publication number: DE1185150B
Application number: DES67223A
Authority: DE
Inventors: Dr Phil Nat Konrad R Dipl-Chem; Dr Phil Nat Norbert Dipl-Chem
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1960-02-23
Filing date: 1960-02-23
Publication date: 1965-01-14
Also published as: US3142584A; CH414570A; GB949084A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: BOIj

Deutsche Kl.: 12 c - 2

Nummer: 1185150

Aktenzeichen: S 67223IV c/12 c

Anmeldetag: 23. Februar 1960

Auslegetag: 14. Januar 1965

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von reinstem Halbleitermaterial, insbesondere Silicium, für elektronische Zwecke, bei dem das Halbleitermaterial durch chemische Umsetzung aus einer gasförmigen Verbindung desselben mit Hilfe eines als Reduktionsmittel wirkenden Trägergases innerhalb eines Reaktionsgefäßes, das mittels eines aus Metall bestehenden und von einer Kühlflüssigkeit durchströmten Verschlußkörpers verschlossen wird, auf einem aus demselben Halbleitermaterial ίο bestehenden, durch elektrischen Strom beheizten Trägerkörper abgeschieden wird. Dabei wird der Heizstrom dem Trägerkörper mittels metallischer, durch den Verschlußkörper hindurchgeführter Halterungen, von denen mindestens eine gegen den Verschlußkörper mittels eines elektrisch isolierenden Stoffes abgedichtet ist, zugeführt. Erfindungsgemäß wird die Temperatur des Verschlußkörpers durch die Kühlflüssigkeit in einem Temperaturbereich wesentlich über 100° C und unter 750° C gehalten, ao

Die Erfindung beruht auf folgenden Beobachtungen und Überlegungen: Nach dem Verfahren des deutschen Patents 1 061593 wird reinstes Halbleitermaterial dadurch gewonnen, daß es aus der Gasphase auf festen Trägerstäben aus dem gleichen as Material abgeschieden wird. Die chemische Umsetzung erfolgt durch Zersetzung und/oder Reduktion von gasförmigen Verbindungen, beispielsweise Halogenverbindungen, vorzugsweise Silicochloroform (SiHCl₃), mit einem Träger- und Reaktionsgas, beispielsweise Wasserstoff. Die Abscheidung erfolgt innerhalb eines Reaktionsgefäßes, welches aus einer Grundplatte, die als Verschlußplatte dient, und einer auf diese Grundplatte vakuumdicht aufgesetzten, mindestens teilweise durchsichtigen Glocke aus Glas oder Quarz bestehen kann.

Während des Abscheidungsprozesses werden die Trägerstäbe elektrisch durch direkten Stromdurchgang auf eine Temperatur von etwa 1150° C aufgeheizt. Die Temperatur von Verschlußkörper und Halterungen der Trägerstäbe, welche vorzugsweise aus einem wärmebeständigen und zur besseren Kühlung gut wärmeleitenden Metall hergestellt sein können, wird vorteilhaft während des Abscheidungsprozesses unterhalb etwa 800° C gehalten, damit eine Abscheidung des Siliciums an ihren Metalloberflächen verhindert wird. Die bekannte Wasserkühlung, bei der mindestens der Verschlußkörper vom Wasser durchströmt wird, hat jedoch den Nachteil, daß das große Temperaturgefälle von etwa 1100° C in der Nähe der Oberfläche der Trägerstäbe auf etwa 20° C an dem Verschlußkörper und den Stab-Verfahren zur Gewinnung von reinstem Halbleitermaterial, insbesondere Silicium

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Chem. Dr. phil. nat. Konrad Reuschel,

Pretzfeld über Forchheim (OFr.);

DipL-Chem. Dr. phil. nat. Norbert Schink,

Erlangen

halterungen die Darstellung höherer Glieder der Siliciumverbindungen bewirken kann. Diese Siliciumverbindungen schlagen sich als zäher, öliger Belag am Verschlußkörper und den Stabhalterungen nieder. Die zähen Öle hydrolysieren sehr leicht und bilden dabei Salzsäure, sobald sie nach dem öffnen der Glocke beim Auswechseln der Stäbe mit der Luftfeuchtigkeit in Berührung kommen. Außerdem besteht bei diesem Niederschlag die Gefahr der Selbstentzündung. Durch seine voluminöse Oberfläche bindet der Belag bei geöffneter Glocke sehr leicht Verunreinigungen und kann deshalb Anlaß zur Verschmutzung des Reaktionsraumes geben. Deshalb ist bei jedem Öffnen der Glocke eine Reinigung der Grundplatte und der Elektroden erforderlich. Ferner kann der Niederschlag zum Verstopfen des Ausströmrohres für die Restgase führen. Darüber hinaus bedeutet die zu starke Kühlung der Metalloberfläche im Reaktionsraum einen Energieverlust. Diese Nachteile können durch die Erfindung vermieden werden.

Eine Einrichtung, mit der das Verfahren nach der Erfindung in einfacher Weise ausgeführt werden kann, ist in der Zeichnung dargestellt, ist jedoch nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

Die Zeichnung zeigt ein Reaktionsgefäß, welches aus einem Quarzzylinder 2 besteht, der auf einen metallenen Verschlußkörper 3 vakuumdicht aufgesetzt ist. Diesem Reaktionsgefäß wird das Reaktionsgasgemisch, das beispielsweise aus einer Mischung von Silicochloroform und Wasserstoff bestehen möge, über ein Gaszuleitungsrohr 4 und eine Düse 5, welche eine turbulente Strömung erzeugt, zugeführt.

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Im Reaktionsraum gelangt das Gasgemisch zu den mit Hilfe einer Wechselspannungsquelle 6 beheizten Trägerstäben 7, die auf metallenen Halterungen 8 bzw. 10 frei stehend angeordnet und an ihren oberen Enden durch eine Graphit- oder Siliciumbrücke 11 stromleitend miteinander verbunden sind. Von den Stabhalterungen 8 bzw. 10, welche durch den Verschlußkörper 3 hindurchgeführt sind, ist die Halterung 8 mittels einer wärmebeständigen Kunststoffisolierung 9 gegen den Verschlußkörper 3 isoliert. Die Dicke der Isolierung 9 ist so gewählt, daß noch eine ausreichende Wärmeableitung von der Stabhalterung8 an den Verschlußkörper 3 gewährleistet ist. Die verbrauchten Restgase treten durch ein Austrittrohr 12 aus dem Reaktionsraum aus. Gaszufuhr und Gasaustritt sind durch Pfeile gekennzeichnet. In dem Verschlußkörper 3 sind Bohrungen 14 parallel zur Oberfläche vorgesehen, die außen an dem Verschlußkörper durch angelötete Rohre 15 verbunden sind. In diesem Ausführungsbeispiel sind vier Bohrungen vorgesehen. Ihre Anzahl kann jedoch nach Bedarf erhöht werden. Die Kühlflüssigkeit 16 durchströmt in einem geschlossenen Kühlkreislauf die Bohrungen in dem Verschlußkörper 3, ein Steigrohr 20, einen Rückflußkühler 17 und wird in einem Fallrohr 21 zum Verschlußkörper 3 zurückgeführt. In dem Verschlußkörper 3 wird die Kühlflüssigkeit bis zum Sieden erhitzt. Die mit Dampf durchsetzte erhitzte Flüssigkeit steigt im Rohr 20 zum Rückflußkühler 17 auf und wird dort mittels der vom Wasser durchströmten Kühlschlange 18 gekühlt. Das Wasser strömt oben in die Kühlschlange ein und wird unten abgeführt. Zu- und Ablauf des Wassers sind durch Pfeile gekennzeichnet. Die Anordnung der Kühlschlange wird vorteilhaft so gewählt, daß noch mindestens eine Windung der Kühlschlange von der Kühlflüssigkeit 16 bedeckt ist. Der Rückflußkühler 17 ist an seinem oberen Ende mit einem Rohransatz 19 zum Anschluß an eine Entlüftung versehen. Zur Erhöhung der Umlaufgeschwindigkeit der Kühlflüssigkeit kann für das Steigrohr 20 vorteilhaft ein größerer Querschnitt als für das Fallrohr 21 gewählt werden. Zusätzlich kann in dem Falkohr 21 ein Siphon 22 vorgesehen werden.

Ein geschlossener Kühlkreislauf, wie er im Ausführungsbeispiel veranschaulicht ist, hat den Vorzug, daß die Temperatur der Verschlußplatte unabhängig von der Änderung der Zufuhr elektrischer Heizleistung mit wachsendem Querschnitt der Trägerstäbe auf der Siedetemperatur der Kühlflüssigkeit konstant gehalten wird. Bei erhöhter Energiezufuhr und damit erhöhter Wärmeabgabe der Trägerstäbe an die Verschlußplatte wird der erhöhteDampfgehalt derKühlflüssigkeit durch erhöhte Kondensation im Rückflußkühler ausgeglichen. Somit ergibt sich mit der dargestellten Anlage eine selbsttätige Regelung der Umlaufgeschwindigkeit der Kühlflüssigkeit in Abhängigkeit von der den Trägerstäben zugeführten elektrischen Heizleistung.

Als Kühlflüssigkeit kann beispielsweise Dekalin (C₁₀H₁₈) mit einem Siedepunkt von etwa 190° C und Paraffinöl mit einem Siedepunkt von etwa ίο 400° C vorteilhaft verwendet werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Gewinnung von reinstem Halbleitermaterial, insbesondere Silicium, für elektronische Zwecke, bei dem das Halbleitermaterial durch chemische Umsetzung aus einer gasförmigen Verbindung desselben mit Hilfe eines als Reduktionsmittel wirkenden Trägergases innerhalb eines Reaktionsgefäßes, das mittels eines aus Metall bestehenden und von einer Kühlflüssigkeit durchströmten Verschlußkörpers verschlossen wird, auf einem aus demselben Halbleitermaterial bestehenden, durch elektrisehen Strom beheizten Trägerkörper abgeschieden wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Verschlußkörpers durch die Kühlflüssigkeit in einem Temperaturbereich wesentlich über 100° C und unter 750° C gehalten wird.

2, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Flüssigkeit, deren Siedepunkt in dem bezeichneten Bereich liegt, als Kühlflüssigkeit verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlflüssigkeit Dekalin (C₁₀H₁₈) mit einem Siedepunkt von etwa 190° C verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlflüssigkeit Paraffinöl

mit einem Siedepunkt von etwa 400° C verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgeschwindigkeit der Kühlflüssigkeit so gewählt wird, daß die Flüssigkeit in dem Verschlußkörper siedet.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgeschwindigkeit der Kühlflüssigkeit so eingestellt wird, daß der Dampf nicht überhitzt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1061593.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen