DE1205950B - Halterung in einer Vorrichtung zur Abscheidung von Halbleitermaterial aus der Gasphase auf stabfoermigen Traegern aus Halbleitermaterial gleicher Gitterstruktur und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

BOIj

Deutsche Kl.: 12c-2

1205 950
S74363IVc/12c
16. Juni 1961
2. Dezember 1965

Bei den bekannten Verfahren zur einkristallinen Abscheidung von Halbleitermaterial auf erhitzten Trägerkristallen, die zur Herstellung von hochreinem Halbleitermaterial bzw. durch Beimischung von Dotierungsstoffen zur Herstellung von Halbleiteranordnungen dienen, kann Halbleitermaterial durch Erhitzen in die Gasphase übergeführt und auf den Trägerkristallen niedergeschlagen werden, oder es kann Halbleitermaterial aus einem strömenden gasförmigen Reaktionsgemisch abgeschieden werden.

Bei Vorrichtungen zur Abscheidung von Halbleitermaterial aus der Gasphase werden die stabförmigen, selbsttragenden, vorzugsweise durch elektrischen Strom direkt beheizten Träger aus Halbleitermaterial gleicher Gitterstruktur mindestens an je einem Ende in Halterungen aus Reinstgraphit gehaltert. Mit solchen Vorrichtungen kann Halbleitermaterial größerer Reinheit gewonnen werden, wenn die Halterung erfindungsgemäß mit einem dichten Überzug aus mindestens einem Element der IV. Gruppe des Periodensystems mit einem Atomgewicht unter 80 oder aus Siliciumcarbid versehen sind.

Es zeigte sich nämlich, daß zwar die als Halterung verwendete Spektralkohle einen hohen Reinheitsgrad aufweist, welcher sie für den Einsatz bei der Spektralanalyse geeignet macht, daß aber diese Reinheit für den vorliegenden Fall noch nicht ausreichend ist. So ist z. B. der Phosphorgehalt derartiger Kohlehalterungen noch immer so groß, daß während der Abscheidung von Halbleitermaterial auf den Trägern eine deutliche η-Dotierung dieses abgeschiedenen Materials durch Phosphor erfolgt.

Die Hauptquelle dieses Phosphors ist in den Kohlehalterungen zu suchen. Der Phosphor ist hieraus nicht restlos zu entfernen. Bei der Abscheidung des Halbleitermaterials wird der Phosphor wahrscheinlich durch Reaktion mit dem Gasgemisch, welches in den Reaktionsraum eingeblasen wird, mitgenommen, da dieses Gasgemisch in die poröse Kohle eindringen kann.

Der in das Halbleitermaterial, z. B. Silicium, eingebaute Phosphor kann zwar später wieder entfernt werden, z. B. durch tiegelfreies Zonenschmelzen im Vakuum, bei dem der Phosphor in das Vakuum abdampft. Dieses Verfahren ist aber umständlich und teuer, da der Phosphor erst durch mehrfachen Durchlauf der Schmelzzone durch den Halbleiterstab entfernt werden kann, während z. B. zur Umwandlung des durch polykristalline Abscheidung gewonnenen Halbleiterstabes in einen Einkristall lediglich ein bis zwei Zonendurchgänge notwendig sind, wenn ein Halterung in einer Vorrichtung zur Abscheidung von Halbleitermaterial aus der Gasphase auf
stabförmigen Trägern aus Halbleitermaterial
gleicher Gitterstruktur und Verfahren zu ihrer
Herstellung

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:

Dr. phil. nat. Konrad Reuschel, Pretzfeld

ao Einkristallkeimling an das eine Ende des Halbleiterstabes angeschmolzen wird.

Mit dem erfindungsgemäßen Überzug kann die η-Dotierung mit Phosphor von vornherein vermieden werden. Dieser Überzug verhindert das Eindrin-

»5 gen der Reaktionsgase in die Kohlehalterungen und damit die Mitnahme des Phosphors. Es zeigte sich, daß beispielsweise Silicium, welches in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung abgeschieden wurde, einen etwa um den Faktor 5 bis 10 geringeren Gehalt an Phosphor aufwies als solches Silicium, welches in einer vorbekannten ähnlichen Vorrichtung durch Abscheidung gewonnen wurde.

In den Zeichnungen ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt, aus der weitere Einzelheiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung hervorgehen. In F i g. 1 sind zwei stabförmige, einkristalline Träger 2 und 3 innerhalb eines glockenförmigen Gefäßes 4, welches beispielsweise aus Quarz bestehen kann, in senkrechter Lage gehaltert. Den Boden des Gefäßes bildet ein Teil 5, welches beispielsweise aus Metall bestehen kann und von einem Kühlstrom durchflossen ist. Pfeile am Ein- und Auslaß dieses Bodenteils 5 deuten den Kühlstrom an. Die beiden Halbleiterstäbe sind an ihrem oberen Ende durch eine leitende Brücke 6, die beispielsweise aus Reinstgraphit oder ebenfalls aus Halbleitermaterial bestehen kann, miteinander verbunden.

Durch das Bodenteil 5 sind zwei Stromzuführungen 7 und 8 hindurchgeführt, welche beispielsweise aus an einer Stelle abgedichteten Metallröhren bestehen können. Die eine Stromzuführung 7 ist mit dem Bodenteil 5, beispielsweise durch Lötung oder

'■'"■ sog 740/296

Schweißung, fest verbunden und zweckmäßigerweise geerdet. Die andere Stromzuführung 8 ist mit Hilfe eines Isolierrohres 9, welches beispielsweise aus Quarz oder Keramik bestehen kann, isoliert durch das Bodenteil 5 hindurchgeführt. Beide Stromzuführangen sind mit einer zweckmäßigerweise regelbaren Stromquelle 10 verbunden. Innerhalb des Gefäßes ist die Verbindung zwischen den Halbleiterstäben 2 und 3, welche beispielsweise aus Silicium oder' Germanium bestehen können, und den Stromzuführangen 7 und 8 vermittels Halterungen 11 und 12 bewirkt, welche aus Reinstgraphit, z. B. sogenannter Spektralkohle, bestehen.

Ein Rohr 13 dient zur Zuführung des Reaktionsgasgemisches, beispielsweise eines Gasgemisches aus Halogeniden des Halbleitermaterials, z.B. Siliciumtetrachlorid oder Silicdchloroform bzw. den entsprechenden Verbindungen des Germaniumsi sowie Wasserstoff als Trägergas. Das Ende des Rohres 13, welches.in den Reaktionsraum ragt, ist zweckmäßigerweise düsenförmig gestaltet, wodurch eine gute Verwirbelung der Reaktionsgase bewirkt wird. Ein Rohr ' 14 mit größerem Durchmesser dient zur Abführung der Abgase; das Rohr 13 ist zwecks Vorwärmung der zuströmenden Gase auf einer bestimmten Länge innerhalb des Rohres 14 geführt.

Mit Hilfe der Stromquelle 10 wird eine direkte Beheizung der Stäbe 2 und 3 vorgenommen, worauf die Abscheidung des Halbleitermaterials aus der Gasphase stattfindet. Zwecks Stromaufnahme des hochreinen Halbleitermaterials werden die Trägerstäbe 2 und 3 vorteilhaft durch Strahlungsheizung, z. B. mit Hilfe von Bogenlampen, vorgewärmt. Bei der Abscheidung von Halbleitermaterial aus der Gasphase durch Reduktion von entsprechenden Halogeniden arbeitet man bei Silicium zweckmäßigerweise bei einer Temperatur von 1100 bis 1200° C, während man bei Germanium eine Temperatur von etwa 850° C vorsieht.

Die Spektralkohle ist in Gestalt runder Stäbe im Handel erhältlich, welche sonst gewöhnlich als Elektroden zur Erzeugung eines Lichtbogens bei Spektralanalysen verwendet werden. Kurze Stücke dieser Spektralkohle werden an einer Stirnseite mit einer leicht konischen Bohrung versehen, in welche ein Ende eines Siliciumstabes so eingeschoben werden kann, daß der Stab festsitzt. Die Halterung kann auch als Klemme ausgebildet sein, indem z.B. der Graphitstab an dem ausgebohrten Ende auf eine gewisse Länge halbiert ist, wobei die eine Hälfte fest am Stab bleibt und die andere durch einen zur Stabachse senkrechten Einschnitt abgetrennt wird. Die beiden Hälften, die feste und die lose, bilden dann Klemmbacken, welche durch einen Graphitring zusammengehalten werden können, nachdem das Ende des Siliciumstabes zwischen ihnen eingeklemmt worden ■ >
ist. Die Graphithalterungerf ||L und 12, ,sind ia die

Metallröhren7 und 8'festeingeschoben. '*'

In Fig. 2 ist eine der||tige Halterang 11 mit einem Überzug 15 dargestellt. Am unteren Ende der

gesteckt wird, so'daß ein^v~güter" Strbiftdbefgahg gewährleistet ist. Am oberen Ende ist die vorbeschriebene 'konischö Bohrung für die Aufnahme des Siliciumstabes angebracht.

Die Herstellung derartiger Überzüge kann nach bekannten Methoden erfolgen, z. B. durch Reduktion einer chemischen Verbindung eines Elementes der IV. Gruppe des Periodensystems mit einem Atomgewicht unter 80. Zum Graphitieren kann man beispielsweise einen längeren Stab Spektralkohle an beiden Enden einspannen und durch direkten Stromdurchgang auf etwa 1100° C erhitzen und darauf in einem Stickstoff strom als .Trägergas. Kohlenwasserstoffe höchster Reinheit, z. B. Cyclohexanol, Cyclohexan oder Benzol, über den Stab leiten. Die Kohlenwasserstoffe werden auf der Oberfläche des Stabes gecrackt, wobei sich die gewünschten dichten Über-r züge aus Graphit bilden. Die Kohlenwasserstoffe müssen Analysenreinheit aufweisen.

Überzüge aus Germanium oder Silicium können auf den Kohlestab durch Abscheidung aus der Gasphase ähnlich wie bei der Herstellung des Halbleitermaterials aufgebracht werden. Dazu wird ein Reaktionsgasgemisch aus Halogeniden von Germanium oder Silicium, z. B. Silicochloroform oder Siliciumtetrachlorid, und Wasserstoff als Reaktions- und Trägergas verwendet.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Halterung in einer Vorrichtung zur Abscheidung von Halbleitermaterial aus der Gasphase auf stabförmigen, selbsttragenden, vorzugsweise durch elektrischen Strom direkt beheizten Trägern aus Halbleitermaterial gleicher Gitterstruktur, welche wenigstens an je einem Ende in Halterangen aus Reinstgraphit gehaltert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterang (11, 12) mit einem dichten Überzug aus mindestens einem Element der IV. Gruppe des Periodensystems mit einem Atomgewicht unter 80 oder aus Siliciumcarbid versehen ist.

2. Halterang nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug aus Graphit besteht.

3. Halterung nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug aus Silicium besteht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 923 655.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

509 740/296 11.65 © Bundesdruckerei Berlin