DE1198787B - Verfahren zur Gewinnung von reinstem Silicium, Siliciumkarbid oder Germanium aus ihren gasfoermigen Verbindungen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

BOId

Deutsche Kl.: 12 c - 2

Nummer: 1198 787

Aktenzeichen: S 71707IV c/12 c

Anmeldetag: 17. Dezember 1960

Auslegetag: 19. August 1965

Bei der Gewinnung von reinstem Halbleitermaterial, insbesondere Silicium, jst es bekannt, aus der Gasphase und mit Hilfe eines Trägergases, das gegebenenfalls als Reduktionsmittel wirkt, auf festen, durch elektrischen Strom direkt beheizten Trägerstäben aus dem gleichen Material abzuscheiden. Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der deutschen Patentschrift 1 061593 bekannt. Als Ausgangsstoffe für die Abscheidung von Silicium sind neben Siliciumwasserstoffen vorzugsweise Silicochloroform oder Siliciumtetrachlorid geeignet. Siliciumkarbid kann auf ähnliche Weise aus der Gasphase, ζ. B. gemäß deutscher Auslegeschrift 1 047 180, aus Monomethyltrichlorsilan und Germanium aus Germaniumtetrachlorid oder Germaniumwasserstoffen abgeschieden werden.

Die Trägerstäbe werden während des Abscheidungsprozesses durch direkten Stromdurchgang auf heller Rotglut gehalten, das ist beispielsweise für Silicium eine Temperatur von etwa 1200° C an der Staboberfläche. Das große Temperaturgefälle zwischen der Oberfläche der Trägerstäbe und dem als Reaktionsgefäß dienenden Quarzzylinder führt vor allem zu Beginn des Abscheidungsprozesses zur Bildung eines Niederschlages an der Innenwand des Reaktionsgefäßes. Dieser Niederschlag auf der Quarzglocke kann die Temperaturmessung der Trägerstäbe stören und sogar verhindern. Ferner können Teile des Niederschlages von der Quarzglocke abblättern und mit dem Gasgemisch auf die Oberfläche der Trägerstäbe gewirbelt werden und so Verunreinigungen von der Quarzwand auf das abgeschiedene Material übertragen. Mit der fortschreitenden Verdickung der Trägerstäbe und der damit gebildeten größeren Strahlungswärme erhöht sich die Temperatur des Quarzgefäßes. Dann kann beispielsweise durch bei der Reaktion gebildeten Chlorwasserstoff das an der Quarzwand niedergeschlagene Material wieder gelöst und auch dadurch Verunreinigungen auf die Trägerstäbe übertragen werden.

Der Niederschlag an der Quarzwand kann nach einem früheren Vorschlag dadurch vermieden werden, daß das Quarzgefäß während des Abscheidungsprozesses auf einer Temperatur zwischen 300 und 800° C gehalten wird. Es ist jedoch schwierig, die Mindesttemperatur von 300° C auch zu Beginn des Abscheidungsprozesses einzuhalten, wenn die Trägerstäbe noch verhältnismäßig dünn sind und ihre Wärmeabstrahlung somit verhältnismäßig gering ist. Diese Schwierigkeiten können bei einem Verfahren zur Gewinnung von reinstem Silicium, Siliciumkarbid oder Germanium für elektrische Verfahren zur Gewinnung von reinstem
Silicium, Siliciumkarbid oder Germanium aus
ihren gasförmigen Verbindungen

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:

Dr. rer. nat. Konrad Reuschel, Pretzfeld;

Arno Kersting, Erfangen

Zwecke, die durch chemische Umsetzung aus einer ihrer gasförmigen Verbindungen, insbesondere aus einer Halogenverbindung, mit Hilfe eines als Reduk-, tionsmittel wirkenden Trägergases, insbesondere Wasserstoff, auf festen, durch elektrischen Strom, direkt beheizten Trägerstäben aus dem gleichen; Stoff innerhalb eines mindestens teilweise durchsichtigen Reaktionsgefäßes aus Glas oder Quarz abgeschieden werden, erfindungsgemäß dadurch vermieden werden, daß vor Beginn des Abscheidungsprozesses zuerst ein Teil zur Abscheidung des erforderlichen Trägergasstromes durch das Reaktionsgefäß geleitet wird, die Trägerstäbe in dem Trägergasstrom bis zum Glühen erhitzt werden, dann der Trägergasstrom auf den vollen betriebsmäßig erforderlichen Betrag erhöht und, nachdem die Wandung des Reaktionsgefäßes eine Temperatur von mindestens 300° C erreicht hat, die gasförmige Verbindung zugeführt wird. Dadurch kann ein Niederschlag an der Reaktionsgefäßwand auch am Anfang der Abscheidung auf die Stäbe vermieden und Oxydreste von der Staboberfläche vom Trägergas bei höherer Temperatur der Stäbe abgelöst werden. Durch die gute Wärmeleitung des Trägergases wird die Gefäßwand auch bei noch dünnen Stäben überdies schnell aufgeheizt. Es ist vorteilhaft, die gasförmige Verbindung in einer Menge zuzuführen, daß das Molverhältnis von gasförmiger Verbindung und Trägergas den Betrag von 0,2 nicht übersteigt.

In der Zeichnung ist eine Anlage zur Abscheidung von Reinstsilicium aus Silicochloroform unter Verwendung von Wasserstoff als Träger und Reaktionsgas, dargestellt.

Vor Beginn des Abscheidungsprozesses wird Wasserstoff einer Gasflasche 2 über ein Absperr-

509 657/276

ventil 3, ein mehrstufiges Reduzierventil 4 sowie einen Gasdurchflußmesser 5 entnommen und über die Gaszuleitung 6 sowie eine Düse 7, welche eine turbulente Strömung erzeugt, dem Reaktionsgefäß zugeführt. Der Reaktionsraum wird mit dem Wasserstoff durchspült. Die verbrauchten Gase werden durch ein Gasaustrittsrohr 8 abgesaugt. Die Trägerstäbe 10 aus Silicium sind in einem Reaktionsgefäß, welches aus einem luftdicht abgeschlossenen Quarzzylinder 11 mit einem Innendurchmesser von beispeilsweise etwa 150 mm und einer Höhe von etwa 550 mm und einer metallenen Verschlußplatte 12 besteht, die vorteilhaft mittels eines strömenden Mediums gekühlt wird, freistehend angeordnet und an ihrem oberen Ende durch eine ebenfalls aus Silicium bestehende Brücke 9 stromleitend miteinander verbunden. Die Trägerstäbe 10 sind je in eine Bohrung einer Halterung 13 aus Spektralkohle eingesetzt, die in zylinderförmigen metallischen Durchführungen 14, welche durch die Verschlußplatte 12 hindurchgeführt ao sind, befestigt, beispielsweise festgeschraubt sein können. Von den Durchführungen 14 ist mindestens eine mittels einer Isolierung 15 gegen die Verschlußplatte 12 isoliert. Nach ausreichender Durchspülung des Reaktionsraumes mit dem Wasserstoff werden die Trägerstäbe 10 von einer Spannungsquelle 16 elektrisch bis auf helle Rotglut, das ist bis 1200° C, erhitzt. Danach wird der Wasserstoffstrom auf eine solche Menge erhöht, wie sie dem für den Abscheidungsprozeß erforderlichen Molverhältnis zwischen Silicochloroform und Wasserstoff entspricht. Dann wird weiterer Wasserstoff aus einer Gasflasche 17 über ein Absperrventil 18, ein mehrstufiges Reduzierventil 19 sowie einem Gasdurchflußmesser 20 entnommen und einer Gasverdampferanlage 21, in der sich Silicochloroform befindet, zugeführt. Der Wasserstoff mischt sich in der Gasverdampferanlage mit der verdampften Siliciumverbindung. Das Gasgemisch wird über ein Absperrventil 22 in die Gaszuleitung 6 eingespeist und dem Reaktionsraum zugeführt. Die Zuführung von Wasserstoff aus der Gasflasche 2 wird dabei so weit gedrosselt, daß das erforderliche Molverhältnis eingestellt bleibt. Der Abscheidungsprozeß kann dann im Anschluß hieran in bekannter Weise durchgeführt werden.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Gewinnung von reinstem Silicium, Siliciumkarbid oder Germanium für elektronische Zwecke, die durch chemische Umsetzung aus einer ihrer gasförmigen Verbindungen, insbesondere aus einer Halogenverbindung, mit Hilfe eines als Reduktionsmittel wirkenden Trägergases, insbesondere Wasserstoff, auf festen, durch elektrischen Strom direkt beheizten Trägerstäben aus dem gleichen Stoff innerhalb eines mindestens teilweise durchsichtigen Reaktionsgefäßes aus Glas oder Quarz abgeschieden werden, dadurch gekennzeichnet, daß vor Beginn des Abscheidungsprozesses zuerst ein Teil des zur Abscheidung erforderlichen Trägergasstromes durch das Reaktionsgefäß geleitet wird, die Trägerstäbe in dem Trägergasstrom bis zum Glühen erhitzt werden, dann der Trägergasstrom auf den vollen betriebsmäßig erforderlichen Betrag erhöht und, nachdem die Wandung des Reaktionsgefäßes eine Temperatur von mindestens 300° C erreicht hat, die gasförmige Verbindung zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die molare Menge der zugeführten Halbleiterverbindung zur molaren Menge des Trägergases das Verhältnis 0,2 zu 1 nicht überschreitet.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 1061593.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

509 657/276 8.65 © Bundesdruckerei Berlin