DE1212949B - Verfahren zum Herstellen von hochreinem Silicium - Google Patents

Verfahren zum Herstellen von hochreinem Silicium

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DE1212949B
DE1212949B DES66308A DES0066308A DE1212949B DE 1212949 B DE1212949 B DE 1212949B DE S66308 A DES66308 A DE S66308A DE S0066308 A DES0066308 A DE S0066308A DE 1212949 B DE1212949 B DE 1212949B
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. Cl.:
COIb
Deutsche Kl.: 12 i-33/02
Nummer: 1212 949
Aktenzeichen: S 66308IV a/12 i
Anmeldetag: 17. Dezember 1959
Auslegetag: 24. März 1966
In der Hauptpatentanmeldung S 61117 IVa/12i, deren Gegenstand eine Fortentwicklung des Verfahrens nach Patent 1102 117 darstellt, ist ein Verfahren zum Herstellen von hochreinem Silicium beschrieben, bei dem ein langgestreckter, dünner, an seinen Enden durch Elektroden gehalterter, aus hochreinem Silicium od. dgl. bestehender Trägerkörper sehr geringer Leitfähigkeit nach einer Vorerwärmung durch einen über die Elektroden zugeführten elektrischen Strom auf hohe Temperatur erhitzt und durch den aus einer den Träger umgebenden, vorzugsweise an ihm entlangströmenden Atmosphäre aus einer gereinigten, gasförmigen, gegebenenfalls mit reinem Wasserstoff vermischten Siliciumverbindung abgeschiedenen und an dem Siliciumträger ankristallisierenden Silicium allmählich zu einem dicken Siliciumkörper verstärkt wird. Bei diesem Verfahren wird der Widerstandswert des Trägers zu Beginn des Verfahrens durch besondere, zusätzlich zur Betriebsstromquelle oder an Stelle der Betriebsstromquelle angewandte Mittel zur Erhitzung des Trägers bzw. zur Minderung seiner Kühlung auf einen so kleinen Wert herabgesetzt, bei dem ein allein aus der Betriebsstromquelle durch den Träger fließender Betriebsstrom trotz der im Betrieb auftretenden starken Kühlung die Temperatur des Trägers unter gleichzeitigem Absinken der Klemmenspannung am Träger weiter zu erhöhen oder zu halten vermag, und der Träger danach allein durch den von der Betriebsstromquelle gelieferten Betriebsstrom auf der zur Zersetzung der Siliciumverbindung und zur kompakten Abscheidung des aus dieser frei werdenden elementaren Siliciums auf dem Träger erforderlichen Temperatur gehalten wird.
Die in dem deutschen Patent 1102117 offenbarten zusätzlichen Maßnahmen bestehen entweder darin, daß dem Träger durch zusätzliche Mittel Wärme zugeführt wird oder daß seine Abkühlung verringert wird. Hierdurch wird die Stromspannungscharakteristik gegenüber ihrem ursprünglichen Verlauf im Stromspannungsdiagramm so weit verändert, daß dadurch der durch die äußeren Schaltmittel einzustellende Arbeitspunkt in den fallenden Bereich der Stromspannungscharakteristik des Trägers gelangt. Mittel zur Vorwärmung des Trägers sind jedoch mit relativ großen Energieverlusten verbunden, da ein erheblicher Teil der zur Verfügung gestellten Wärmeenergie an das Behandlungsgefäß und auch an die übrigen Teile der Apparatur abgegeben wird. Hierdurch wird, abgesehen von den erwähnten Energieverlusten, die Gefahr gegeben, daß aus den erwärmten Teilen der Apparatur Fremdstoffe heraus-Verf ahren zum Herstellen von hochreinem
Silicium
Zusatz zur Anmeldung: S 61117IV a/12 i Auslegeschrift 1209113
Anmelder:
Siemens &Halske Aktiengesellschaft,
Berlin und München,
München 2, Wittelsbacherplatz 2
Als Erfinder benannt:
Dr.-Ing. Alfred Politycki,
Ottobrunn bei München
dampfen, die zu einer Verunreinigung des abgeschiedenen Siliciums führen. Anderseits sind Mittel zur Verminderung der Wärmeabstrahlung mit einem erheblichen" technischen Aufwand verbunden. Die Anwendung einer Hochspannungsanlage schließlich, welche dazu ausreicht, um in dem im kalten Zustand hochohmigen Siliciumträger einen den Träger beheizenden elektrischen Strom hervorzurufen, ist kostspielig und außerdem nicht gefahrlos zu handhaben. Die Erfindung betrifft eine einfach durchzuführende Maßnahme, durch deren Anwendung es gelingt, den zur Beheizung des Trägers erforderlichen Strom unter alleiniger Verwendung der betriebsmäßigen Stromquelle anzufachen.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von hochreinem Silicium nach Patentanmeldung S 61117 IVa/12i und ist dadurch gekennzeichnet, daß der Siliciumträger auf seiner ganzen Länge bei angelegter Betriebsstromquelle der Wirkung einer zur fotoelektrischen Erzeugung von Ladungsträgern im Träger bzw. an der Oberfläche des Trägers fähigen Strahlung ausgesetzt und die Intensität der Strahlung so bemessen wird, daß sich der Träger infolge des dann in ihm durch die Betriebsstromquelle hervorgerufenen Stromes erwärmt und sich die Stromspannungscharakteristik des Trägers so weit verändert, daß der durch die äußeren Schaltmittel eingestellte Arbeitspunkt in den fallenden Bereich dieser Charakteristik gelangt.
Am einfachsten läßt sich das Verfahren gemäß der Erfindung durchführen, wenn man den stabförmigen
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Claims (4)

  1. Träger bei angelegter Betriebsstromquelle in seiner ganzen Länge mit we'ißerh Lieht, .± B-. mit Glühlampenlicht, bestrahlt. Hierzu genügt in den meisten Fällen eine kurzzeitige Bestrahlung von 1 Sekunde bis 1 Minute Dauer, wenn eine 500-W-Lampe oder eine noch Siärkeie Lampe Ml· SiilSprechend geringem. Abstand (z.B. 5 bis 10 cm) entfernt vom Träger angeordnet wird und die von der Betriebsstromq'uelld gelieferte, an defl Endoh' des Trägers liegende Spannung etwa 500 V oder mehr beträgt. Gegebenenfalls ist es dann möglich, mit gewöhnlicher Netzspannung (z.B. 220V) zu arbeiten. Da die aufzuwendende Belichtungszeit von der Strahlungsleistung der Lampe, der Entfernung vom Träger, von der Beschaffenheit des Trägers (z. B. dessen spezifischem Widerstand oder einer hohen Oberflächenkombination) sowie von der an den Träger angelegten Spannung in hohem Maße abhängt, kann in Einzelfällen die Belichtungszeit von den angegebenen Werten erheblich abweichen.
    Die Bestrahlung soll über die Gesamtlänge des Trägers möglichst gleichmäßig' wirksäiü Sein. Hierzu können mit Vorteil optische Hilfsmittel, z. B. zylindrische Hohlspiegel öder Zylinderlinse^ dienen, welche eine parallel zum Träger sich erstreckende linienförmige Strahlungsquelle auf einer Märlteilinie des stabförmige!! Tiägers abbilden und so die Strahlung dieser Mantellinie gleichförmig zuführen.· Eine allseitige, d. h. über den ganzen Umfang des stabförmigen Trägers wirkende Besträhluflg isi hingegen nicht nötwendig. Die Stfählüngsqüelle und die foküssierenden optischen Mittel b'&fiääeii sieli MweeMmäßig außerhalb des AbscheidungsgeläßeSj wfelehös- natürlich in entsprechendem Maß für die Bestrahlung durchlässig sein muß.
    In den F i g. 1 und 2 ist eine Anordnung zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens beispielsweise dargestellt wobei sich F i g. 1 auf eine perspektivisehe Darstellung, F i g. 2 auf eitlen Querschnitt bezieht. Einzelheiten; welche sieh üieht auf den unmittelbaren Gegenstand der Erfindung beziehen} sind fortgelassen: Der durch die Abscheidung zu verdickende stabförmige Träger 1 aus höehreinem Silicium ist mitteis Elektroden 2/ 2' an seinen Enden in einem ihn konzentrisch umschließenden* aus Quarz bestehenden zylindrischen Abächeidungsgefäß gehalterti Das die gasförmige hoehgereinigte S^liciumverbindung (zi B: SiHGIg) enthaltende Reaktionsgäs betritt das Abseheidungsgefaß an der Stelle 4, das verbrauchte Gas verläßt es an der Stelle 5. Zur Beheizung des Trägers dient die Be* triebsstromquell© 6, die zusammen mit einen! Variablen Vorschaltwiderstand 7 den Arbeitspunkt des Trägers in der Hauptpatentarurteldung beschriebenen Weise bestimmt. Eine etwa die gleiche Länge wie der Trager aufweisende linienhafte Strahlungsquelle 8, z. B. ein Glühfaden, ist außerhalb des Abscheide= gefäßes p angeordnet und erstreckt sieh parallel zum Träger i, so daß dieser über" seine ganze Länge möglichst gleichmäßig bestrahlt wirdt Zur Konzentration der Strahlung auf den Träger 1 dient ein hohlspjegelartiger reflektierender Schirm in Gestalt einer ZyMnoerschaie, der zweckmäßig aus einem höehspiegelnclenj thermisch beständigen Material besteht. Dieser Reflektor 9, der etwa die gleiche Länge wie die Strahlungsquelle 8 und der Träger ί besitzt, umgibt die Strahlungsquelle § und wirft die^ auf ihn auftreffenden Strahlen auf den Träger!, Zu diesem Zweck ist der Reflektor 9 senkrecht Mf ErstfeBkurlg det Lichtquelle und des Trägers 2- elliptisch gekrümmt. Hierdurch werden zwei bevorzugte, sich parallel zur Achse des Reflektors erstreckende Brennlinien gegehaffghj welche den Brerffijjuflkten ein"6f optischen linse eritspfScBeä. DemgeMß wirft die .in. einer flor beiden Brennlinien des Spiegels angeordnete Strahlungsquelle ihr Bild auf den Träger, wenn dieser äich in" def arideren Brennlinie befindet. Der in den
    ίο Fig. 1 und 2 strichpunktiert eingezeichnete Strahlengang möge dies verdeutlichen.
    Die Wellenlänge des verwendeten Lichtes, falls monochromatische Strahlung verwendet wird, soll nicht größer als 1,1 μ sein, da eine noch langwelligere Strahlung praktisch keine Ladungsträger im Siliciumträger erzeugen kann. Anderseits nimmt die Eindringtiefe mit wachsender Frequenz der Strahlung ab, so daß mit weiter abnehmender Wellenlänge sich die Teererzeugung in zunehmendem Maß auf die
    OberfläehStles Trägers konzentrier^ wobei die Zahl der gebildeten Ladungsträger nur langsam zunimmti Falls die Rekombination der Ladungsträger an der Oberfläche 4έ§ Trägers besonders statk istj empfiehlt sieh aus den genannten Gründen die Verwendung
    einer Infrarotstrahlung, deren Wellenlänge kleiner als lji(* istj da diese" noeh eine relativ große Eindringtiefe besitzt und somit im rekombinationsärmeren Inneren des Trägers die erforderliche Zähl vori Ladungsträgern erzeugen kand<
    Die Anwendung eitler moäöchromätischen Strahlung ist jedoeil im allgemeinen nicht notwendige da eine weißes Licht enuttiereäde Glühlampe eine Strahlung besitzt; der sowohl ein für ein tiefefes Bio1 dringen erforderlicher Infrarotteil als äiioh die eine
    Erzeugung der Ladungsträger an der unmittelbaren Oberfläche des Trägers bewirkende kurzwelligere Strahlung rü nätürliehef Weise beigörniseht ist.· Zudem besitzt weißös Licht den Vorteil der einfacheren Efzeugüngsweise.
    Das Verfahren der Erfindung läßt sich auch dann röit Vorteil anwenden5 wenn der Träger auf* Grund einer Herstellung zufällig pn-Übergäüge enthält^ die sich trotz höher Reinheit der züfHerstellüng des Trägers dienenden Schmelze unter Umständen bilden
    könneni
    Pätentänsprüehe:
    Ϊ. Verfahren zum Herstellen von hochreinem Silicium, bei dem ein langgestreekter, dünner; an seinen Enden durch Elektroden gehalterter^ aus hochreinem Silicium od. dgl bestehender Trägerkörper sehr geringer Leitfähigkeit nach einer Vorerwärniüng durch einen über die Elektroden
    zugefuhrten elektrischen Strom auf höhe Temperatur erhitzt und" durch den aus einer den Träger umgebenden, Vorzugsweise an ihm entlangströmenden Atmosphäre aus einer gereinigten; gasfÖrmigerij gegebenenfalls mit reinem Wasserstoff
    vermischten Silieiumverbindüng abgeschiedenen und an dem Träger ankristaÜisierenden Silicium allmählich zu einem dicken Siliciumkörper verstärkt wird^ indem der Widerstandswert des Trägers zu Beginn des Verfahrens durch beson-
    dere zusätzlich zur Betriebsstromquelle oder an Stelle der Betriebsstromquelle angewandte Mittel zur Erhitzung des Trägers bzw. zur Min= derung seiner Kühlung auf einen so kleinen
    Wert herabgesetzt wird, bei dem ein allein aus der Betriebsstromquelle durch den Träger fließender Betriebsstrom trotz der im Betrieb auftretenden starken Kühlung die Temperatur des Trägers unter gleichzeitigem Absinken der Klemmenspannung am Träger weiter zu erhöhen oder zu halten vermag, und der Träger danach allein durch den von der Betriebsstromquelle gelieferten Betriebsstrom auf der zur Zersetzung der Siliciumverbindung und zur kompakten Abscheidung des SiIiciums auf dem Träger erforderlichen Temperatur gehalten wird, nach Patentanmeldung S 61117 IVa/12i, dadurch gekennzeichnet, daß der Siliciumträger auf seiner ganzen Länge bei angelegter Betriebsstromquelle der Wirkung einer zur fotoelektrischen Erzeugung von Ladungsträgern im bzw. an der Oberfläche des Trägerkörpers fähigen Strahlung ausgesetzt und die Intensität der Strahlung so bemessen wird, daß sich der Trägerkörper infolge des dann in ihm ao durch die Betriebsstromquelle hervorgerufenen Stromes erwärmt und sich die Stromspannungscharakteristik des Trägers so weit verändert, daß der durch die äußeren Schaltmittel eingestellte Arbeitspunkt in den fallenden Bereich dieser Charakteristik gelangt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Konzentration der Strahlung auf den stabförmigen Siliciumträger optische Hilfsmittel, insbesondere Zylinderlinsen oder zylindrische Hohlspiegel, welche die Strahlung der Länge des Stabes gleichmäßig zuführen, verwendet werden und daß zur Erzeugung der Strahlung eine oder mehrere linienhafte Lichtquellen verwendet werden.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestrahlung Glühlicht verwendet wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestrahlung eine Infrarotstrahlung verwendet wird, deren Wellenlänge kleiner als 1,1 μ ist.
    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
    609 539/379 3.66 © Bundesdruckerei Berlin
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