DE1217348C2 - Verfahren zur Herstellung von reinstem Silicium - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von reinstem SiliciumInfo
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
PATENTSCHRIFT
Int. α.:
COIb
Nummer:
S58219IV a/12i
14. Mai 1958
26. Mai 1966
22. Dezember 1966
Auslegetag:
Ausgabetag:
Ausgabetag:
Patentschrift weicht von der Auslegeschrift ab
In dem Patent 1211610 ist ein Verfahren zur
Herstellung von reinstem Silicium, bei dem eine Siliciumverbindung in Gasform thermisch unter
Bildung von freiem Silicium zersetzt und das aus der Gasphase anfallende Silicium auf einen erhitzten
Siliciumträgerkörper abgeschieden wird, bei welchem ein langgestreckter draht- oder fadenförmiger
Trägerkörper aus Silicium mit einem Reinheitsgrad, der mindestens dem Reinheitsgrad des zu gewinnenden
Siliciums entspricht, verwendet wird, bei dem ferner der Trägerkörper zunächst vorgewärmt
und anschließend zur Durchführung des Abscheidevorganges durch direkten Stromdurchgang weitererhitzt
und auf Reaktionstemperatur gehalten wird, nach Patent 1 102 117, beschrieben, welches dadurch
gekennzeichnet ist, daß als Ausgangsverbindung vorgereinigtes Siliciumhalogenid verwendet wird, das
nochmals von Borhalogeniden befreit worden ist und daß nach dem Abscheidevorgang der erhaltene kompakte,
stabförmige Siliciumkörper durch ein tiegelloses Zonenschmelzverfahren von den anderen in
ihm noch enthaltenden Verunreinigungen weitergereinigt wird. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, daß
das zur Verwendung gelangende Siliciumhalogenid nochmals von Borhalogeniden bis auf 1 Boratom pro
10n Siliciumatome, insbesondere bis auf 1 Boratom pro 1013 Siliciumatome, gereinigt wird.
Hiermit ist die Lehre gegeben, den Borgehalt der Siliciumausgangsverbindung so weit herabzusetzen,
daß der erhaltene Siliciumstab bei Normaltemperatur (20° C) intrinsic-leitend ist, sobald außer dem Bor
keine weiteren Verunreinigungen in nennenswerter Menge mehr vorliegen. Die übrigen Verunreinigungen,
soweit solche noch vorhanden sind, lassen sich durch das sich an das eigentliche Herstellungsverfahren
anschließende Zonenschmelzverfahren beseitigen, so daß es ohne weiteres möglich ist, Siliciumstäbe
von mehreren tausend bis sogar zu mehreren zehntausend Ohmzentimeter bei Normaltemperatur
zu erhalten. Wenn der Verunreinigungsgehalt der Siliciumstäbe so gering ist, daß er neben einer gezielten
Dotierung nicht ins Gewicht fällt, hat man den entscheidenden Vorteil, aus diesen Siliciumstäben
durch entsprechend gesteuerte Dotierungsmaßnahmen gut reproduzierbare, hinsichtlich der Zusammensetzung
der in ihnen anwesenden Dotierungsstoffe eindeutig definierte Siliciumkristalle zu erhalten,
wobei überdies der spezifische Widerstand über den ganzen Stab praktisch konstant ist, wenn
das Ende, in dem die Verunreinigungen angesammelt sind, abgetrennt und verworfen wird und infolge der
Vielzahl von Durchgängen der geschmolzenen Zone Verfahren zur Herstellung von reinstem Silicium
Zusatz zum Patent: 1211610
Das Hauptpatent hat angefangen am
12. November 1957
Patentiert für:
Siemens & Halske Aktiengesellschaft,
Berlin und München,
München 2, Wittelsbacherplatz 2
Als Erfinder benannt:
Dr. Heinrich Kniepkamp, München-Solln
praktisch alle Verunreinigungen aus dem übrigen Stab ausgeschieden sind.
In vielen Fällen wird in der Halbleitertechnik ein Silicium mit einem erheblich niedrigeren spezifischen
Widerstand, z. B. von 10 bis 100 oder nur einigen 1000 Ohmzentimeter, benötigt. Für solche Fälle wird
in Abänderung des im Hauptpatent beschriebenen Verfahrens ein Verfahren zum Herstellen hochreinen
kompakten Siliciums aus Siliciumverbindungen für Halbleiteranordnungen vorgeschlagen, bei dem
kompaktes Silicium durch Abscheiden von freiem Silicium aus der betreffenden Siliciumverbindung und
Niederschlagen auf einen hochreinen Siliciumträger gewonnen wird, wobei gemäß der Erfindung zunächst
der Borgehalt der in üblicher Weise vorgereinigten — also im allgemeinen noch weitere Verunreinigungen,
insbesondere Donatoren enthaltenden — Siliciumverbindung auf einen Wert verringert wird,
der in dem gewonnenen kompakten Siliciumkörper einer Reinheit von etwa 1 Boratom auf mindestens
etwa 106 Siliciumatome entspricht, und daß der aus dieser Siliciumverbindung durch das Abscheideverfahren
gewonnene Siliciumstab in einem evakuierten Gefäß, vorzugsweise unter Hochvakuum, so oft durch
das mit einsinniger Wanderrichtung der geschmolzenen Zone durchgeführte tiegellose Zonenschmelzverfahren
nachgereinigt wird, bis er über den größten Teil seiner Länge p-leitend geworden ist.
Insbesondere soll gemäß der weiteren Erfindung das Zonenschmelzverfahren beendet werden, sobald
der durch das Zonenschmelzverfahren p-leitend gewordene Teil des Stabes über den größten Teil seiner
Länge etwa den gleichen spezifischen Widerstand besitzt.
6G9 753/428
Mit dem Verfahren, Silicium aus einer entsprechend gereinigten Siliciumverbindung, insbesondere
aus Siliciumhalogeniden oder Siliciumhydriden, durch eine thermische, gegebenenfalls von einem Reduktionsmittel
wie Wasserstoff unterstützte Reaktion abzuscheiden und das frei werdende Silicium auf
einen aus hochreinem Silicium bestehenden Träger niederzuschlagen, sind der Halbleitertechnik Mittel
zur Hand gegeben, prinzipiell sehr reines Silicium, z. B. in Form eines stabförmigen, Kristalls, zu erhalten.
In vielen Fällen sind jedoch — wie schon oben erwähnt — die mit dem Verfahren des Hauptpatents
erzielbaren Reinheiten nicht erforderlich; wünschenswert bleibt dann aber, daß der mit dem Verfahren
gewonnene Siliciumstab über den größen Teil seiner Länge wenigstens nur einen Leitfähigkeitstyp, möglichst
aber auch eine etwa konstante Leitfähigkeit besitzt und daß dieses Ziel auf möglichst einfache Weise
erreicht wird. Als Leitfähigkeitstyp ist nun gemäß der Erfindung der durch das Bor bedingte p-Typ vorgesehen.
Da ferner die bei der Bildung des Siliciumstabes entstandene gleichmäßige Verteilung des Bors
über die Stablänge im nachfolgenden Zonenschmelzverfahren möglichst wenig geändert werden soll, um
auch einen etwa konstanten Wert dieser p-Leitfähigheit zu erhalten, muß die Zahl der Schmelzzonendurchgänge
durch den Stab klein gehalten werden, was nun wiederum dadurch erzielt wird, daß die vom
Bor verschiedenen, insbesondere als Donatoren wirksamen Verunreinigungen durch die Anwendung von
geringem Druck im Zonenschmelzgefäß gleichzeitig mit ihrer Verschiebung zum Stabende hin auch noch
abgedampft werden.
Diese Forderungen sind bei dem bereits genannten erfindungsgemäßen Verfahren erfüllt. Der bei diesem
Verfahren grundlegende Gedanke liegt darin, diejenigen Eigenschaften des Bors, die gerade die Herstellung
von hochreinem, insbesondere borfreiem Silicium so sehr erschweren, zur Erzeugung der gewünschten
Eigenschaften auszunutzen. Infolgedessen ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zunächst
nur eine weniger intensive Reinigung der Ausgangsverbindung von Bor notwendig, als wenn z. B.
intrinsic-leitendes Silicium hergestellt werden soll, da das Bor beim erfindungsgemäßen Verfahren einen
wesentlichen Bestandteil der in den durch das Abscheideverfahren erhaltenen Siliciumstäben vorhandenen
Verunreinigungen bilden soll. Bei der Nachreinigung der Siliciumstäbe durch das Zonenschmelzverfahren
werden außerdem gerade die in den meisten Fällen ungünstigen JEigenschaften des Bors, nämlich
erstens einen Verteilungskoeffizienten nahe bei 1 zu besitzen und zweitens beim Zonenschmelzen praktisch
nicht abzudampfen, insofern ausgenutzt, als das Zonenschmelzverfahren abgebrochen wird, bevor der
Verlauf der Borkonzentration im Stab durch das Zonenschmelzverfahren wesentlich von dem ursprünglichen
konstanten Verlauf abweicht und auf diese Weise ein möglichst großer Teil des Stabes mit
möglichst übereinstimmender Borkonzentration erhalten wird. Infolge seines von 1 geringfügig verschiedenen
Verteilungskoeffizienten wird nämlich Bor bei zu häufigen Wiederholungen des Zonenschmelzverfahrens
(d. h. bei einer großen Zahl von Durchgängen der geschmolzenen Zone) ebenso, wenn
auch in wesentlich geringerem Maße wie die übrigen Verunreinigungen an das in Wanderrichtung der geschmolzenen
Zone liegende Stabende transportiert und dort angesammelt. Bei den übrigen Verunreinigungen
erfolgt dieser Transport allerdings erheblich rascher, so daß bei einer relativ geringen Anzahl von
Zonendurchgängen der weitaus größte Teil des Stabes von den übrigen Verunreinigungen befreit, durch Bor
jedoch noch ziemlich gleichmäßig dotiert ist. Dieser Teil des Stabes besitzt also eine nur auf dem Vorhandensein
einer einzigen Verunreinigung beruhende
ίο Leitfähigkeit.
Um zu erreichen, daß der größere Teil dieses p-leitend
gewordenen Bereiches etwa den gleichen spezifischen Widerstand besitzt, daß also mjt anderen
Worten bereits alle anderen Verunreinigungen aus dem größten Teil des p-lei/tend gewordenen Bereiches
des Siliciumstabes ausgeschieden sind,, bevor die Borkonzentration
in diesem Bereich durch das Zonenschmelzverfahren sich gegenüber ihrem ursprünglichen
Zustand wesentlich geändert hat, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das Zonenschmelzverfahren
bei so niedrigen Drucken vorgenommen, daß die störenden Verunreinigungen beim Zonenschmelzverfahren
in starkem Maße abdampfen. Wie bei den der Erfindung zugrunde liegenden Versuchen erkannt
wurde, werden nämlich diese übrigen Verunreinigungen durch das dem eigentlichen Herstellungsverfahren
des Siliciums folgende Zonenschmelzverfahren nicht nur infolge ihrer im Vergleich zum Bor
wesentlich günstigeren Verteilungskoeffizienten an das in Wanderrichtung der geschmolzenen Zone
liegende Ende des Siliciumstabes transportiert, sondern es findet gleichzeitig ein erhebliches Abdampfen
dieser Verunreinigungen, insbesondere aus der geschmolzenen Zone statt, wenn nur dafür gesorgt wird,
daß das Zonenschmelzen in einem Raum von hinreichend geringem Partialdruck dieser Verunreinigungen,
vorzugsweise bei niedrigem Gasdruck, z. B. im Hochvakuum, stattfindet. Eine Abdampfung von
Bor findet dagegen nicht statt. Ebenso kann das Abdampfen von Verunreinigungen durch eine dauernde
und gründliche Durchmischung der geschmolzenen Zone gefördert werden, z. B. mittels einer elektromagnetisch
erzeugten Rührbewegung der Schmelzzone. Das Wiedereindiffundieren von bereits abgedampften
Verunreinigungen in die geschmolzene Zone muß dabei möglichst sorgfältig vermieden
werden, was am sichersten durch fortlaufendes Evakuieren des Vakuumgefäßes, in welchem das Zonenschmelzverfahren
vorgenommen wird, stattfindet. Gegebenenfalls kann auch eine das Abscheiden der abgedampften
Verunreinigungen in festem Zustand an den Wänden des Vakuumgefäßes bewirkende Kühlung
stattfinden. Vorteilhaft ist es, wenn die Oberfläche und der Wert der Temperatur der geschmolzenen
Zone möglichst groß — soweit dies ohne Gefahr für die mechanische Stabilität der geschmolzenen
Zone durchgeführt werden kann — gemacht wird, weshalb sich auch die Anwendung eines elektromagnetischen
Stützfeldes bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens empfiehlt.
Um einen Anhaltspunkt zu erhalten, wie oft das Zonenschmelzverfahren zu wiederholen ist, muß der
Verlauf des spezifischen Widerstandes in dem zu behandelnden Siliciumstab laufend überwacht werden.
Zu diesem Zweck wird das Zonenschmelzverfahren Öfters, z. B. nach jeweils zwei Durchgängen der geschmolzenen
Zone durch den Stab unterbrochen und Messungen über den Verlauf des spezifischen Wider-
Standes an dem erkalteten Stab vorgenommen. Hierzu können zwei in konstantem, möglichst kleinem
Abstand (z. B. 1 cm oder weniger) voneinander, vorzugsweise in zwei jeweils zum gleichen Stabquerschnitt
gehörigen Punkten an den Stab angelegte Meßsonden dienen, wobei auf konstanten, möglichst
wenig ins Gewicht fallenden Übergangswiderstand und auf das Vermeiden eines Gleichrichtereffektes
oder anderer, das Meßergebnis fälschender Erscheinungen zu achten ist. Die Messungen werden verteilt
über die ganze Länge des Siliciumstabes vorgenommen und beispielsweise in Form einer Kurve aufgetragen.
Um festzustellen, wie weit der Stab bereits p-leitend geworden ist, kann man sich z. B. eines
unter Ausnutzung der Gleichrichterwirkung arbeitenden Kennliniensichtgerätes bedienen.
Der ermittelte Widerstandsverlauf längs des zu behandelnden Stabes kann je nach der Zahl der bereits
durchgeführten Zonendurchgänge sehr unterschiedlich sein. Ein Beispiel für die nach der Lehre
der Erfindung anzustrebende Verteilungskurve des spezifischen Widerstandes ist aus der F i g. 1 ersichtlich.
Im oberen Teil der F i g. 1 ist der qualitative Verlauf des spezifischen Widerstandes ρ in Abhängigkeit
von der Entfernung χ von demjenigen Ende des Stabes aufgezeichnet, an dem die Wandung der
geschmolzenen Zone bei den einzelnen Durchzügen beginnt. Aus dem unteren Teil der Figur sind die sich
aus diesem Verlauf des spezifischen Widerstandes ergebenden Zonen unterschiedlichen Leitungstyps in
dem Stab St (Länge L) zu ersehen. Die geschmolzene Zone ist in Richtung des Pfeiles Pf durch den
Siliciumstab geführt worden.
Man unterscheidet ein Anlaufgebiet A, in welchem der spezifische Widerstand etwas stärker abfällt,
einen Bereich B mit angenähert konstantem Verlauf des spezifischen Widerstandes, einen Teil C, in
welchem der Widerstand mehr oder weniger steil ansteigt, und einen Teil D am Ende des Stabes, in
welchem der spezifische- Widerstand im allgemeinen steil abfällt. Die Bereiche A, B und C sind p-leitend,
der Bereich D dagegen η-leitend. Die Bereiche C und D können allerdings ein von der Figur wesentlich
abweichendes Verhalten des spezifischen Widerstandes besitzen. Unter Umständen können sie, insbesondere
der Teil D, auch gänzlich fehlen, was jedoch selten der Fall ist.
Der Verlauf der Charakteristik des spezifischen Widerstandes, wie er in der F i g. 1 dargestellt ist,
liegt vor, wenn die übrigen Verunreinigungen durch eine so geringe Anzahl von Zonendurchzügen bereits
abgedampft bzw. an das Stabende transportiert sind, daß eine wesentliche Veränderung der Borkonzentration
gegenüber ihrem ursprünglichen konstanten Verlauf noch nicht stattgefunden hat. Lediglich im
Anlaufgebiet A wird eine solche Veränderung im allgemeinen bereits stattgefunden haben, da dort
— ebenso wie an dem anderen Stabende — sich zuerst eine Änderung des Borgehaltes infolge des
Zonenschmelzverfahrens bemerkbar machen muß. Dies Änderung wird jedoch um so geringer sein, je
weniger Zonendurchzüge erforderlich waren, um das Bor in einem möglichst großen Teil des Stabes allein
zur Geltung zu bringen. Aber auch bezüglich des Bereiches B ist es wichtig, mit möglichst wenig
Zonendurchgängen zum Ziel zu kommen, da einerseits die Änderung der Borkonzentration in diesem
Bereich, d. h. die mittlere Neigung der ρ-Kurve, mit wachsender Anzahl der Zonendurchgänge ebenfalls
immer größer wird und außerdem das Anlaufgebiet A auf Kosten des Bereiches B wächst. Andererseits
nimmt allerdings auch der Bereich B auf Kosten des Bereiches C mit wachsender Anzahl der
Zonendurchzüge zu. Zwischen diesen Erscheinungen ist also das Optimum zu suchen, da einerseits ein
möglichst geringer Abfall des spezifischen Widerstandes im Bereich B, andererseits aber auch eine
ίο möglichst große Länge dieses Bereiches erwünscht ist. Gemäß den der Erfindung zugrunde liegenden
Erfahrungen soll die Änderung des spezifischen Widerstandes in diesem Bereich B des p-leitend gewordenen
Teiles des Stabes höchstens ±20%, vorzugsweise weniger als ±10%>, von dem für diesen
Bereich gemessenen Mittelwert betragen. Aus diesem Grunde soll das Zonenschmelzverfahren beendet
werden, sobald nach dem ein- oder mehrmaligen Durchzug der geschmolzenen Zone durch den Stab
der spezifische Widerstand in dem sich an das Anlaufgebiet A anschließenden, mindestens etwa 50 bis
60% der gesamten Stablänge betragenden Bereich B des p-leitend gewordenen Stabteiles weniger als
+ 201Vo, vorzugsweise weniger als ±10%, insbesondere
weniger als ±5% von dem Mittelwert des spezifischen Widerstandes dieses Bereiches abweicht.
Auf diese Weise kann der gesamte Bereich des p-leitend gewordenen Stabteils für Halbleiteranordnungen
weiterverarbeitet werden, ohne daß ein Ausgleich des Borgehaltes durch ein besonderes Ausgleichsverfahren
erforderlich wäre. Darin liegt aber einer der entscheidenden Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Unter Umständen kann auch das Anlaufgebiet mitverwendet werden, vor allem dann, wenn die
Schwankung des spezifischen Widerstandes im Gesamtbereich A und B um einen über den ganzen Bereich
genommenen Mittelwert innerhalb der der angegebenen Toleranzen bleibt. Nach Wunsch können
die angegebenen zweckmäßigen Toleranzen noch ^o enger oder auch weiter gezogen werden.
Bei Befolgung der Lehre gemäß der Erfindung wird das Anlaufgebiet A etwa 5 bis 10%), der Bereichs
aber mindestens 50 bis 60% der Gesamtlänge L des Stabes betragen. Er wird um so größer
sein, je geringer der Anteil der übrigen Verunreinigungen ist und in je höherem Maße es gelingt, diese
Verunreinigungen durch Abdampfen abzuscheiden. Das Verhalten des spezifischen Widerstandes in
den Bereichen C und D wird in zunehmendem Maße von den übrigen Verunreinigungen beeinflußt und
hängt daher sehr von dem Charakter und den jeweiligen Anteilen der übrigen Verunreinigungen im
Bereich C und D ab. Je weniger Verunreinigungen außer Bor vorliegen, desto mehr drängen sich die Bereiche
B und C an dem Stabende zusammen, an das die Verunreinigungen durch die geschmolzene Zone
hingeführt werden. Dieses Zusammendrängen der Bereiche B und C ist allerdings auch durch eine hinreichend
große Anzahl von Zonendurchgängen erreichbar. Dadurch wird aber, wie bereits gesagt, die
Borkonzentration in den übrigen Teilen, vor allem im Teil B, nachteilig beeinflußt, so daß es im Interesse
eines möglichst konstanten spezifischen Widerstandes nicht ratsam ist, die Dauer des Zonen-Schmelzverfahrens
von der auf diese Weise erzielbaren maximalen Länge des Bereiches B abhängig zu
machen, da der Zuwachs an Länge dieses Bereiches dann durch eine Abnahme der Konstanz des spezi-
fischen Widerstandswertes in diesem Bereich erkauft werden muß.
Der Bereich C ist noch p-leitend. Der Anstieg des
spezifischen Widerstandes in diesem Bereich rührt jedoch nicht von einer Abnahme der Borkonzentration,
sondern von einer Zunahme der Donatoren her, die den Einfluß des Bors auf den spezifischen
Widerstand in zunehmendem Maße kompensieren. Mit dem Erreichen des Maximums b zwischen den
konstantem oder angenähert konstantem spezifischem Widerstand anschließenden, durch stärkere Änderungen
des spezifischen Widerstandes charakteristischen Bereiche C und D von dem übrigen p-leitenden
Teil des Stabes abgeschnitten werden.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Siliciumstäbe lassen sich gegebenenfalls
nach Abtrennen unbrauchbarer Bereiche, z. B. der Bereiche C und D, und gegebenenfalls auch des An
Bereichen C und D ist das Auftreten eines pn-Über- io laufbereiches A unmittelbar zu Halbleiteranord-
ganges im Siliciumstab verbunden. Der Verlauf des spezifischen Widerstandes im Bereich D wird durch
das Zusammenwirken aller durch das Zonenschmelzverfahren an das Stabende transportierten Verunreinigungen
bestimmt. Er kann daher sehr unterschiedlich verlaufen. Beispielsweise ist ein neues Umschlagen
des Leitungstypus von η nach ρ durchaus möglich. Infolge des großen Anteiles an Verunreinigungen
unbekannten Charakters sind die Bereiche C nungen weiterverarbeiten. Da der Bereich B, also dei
brauchbare Stabteil, eine für die meisten Verwendungszwecke ausreichende Konstanz des spezifischen
Widerstandes besitzt, die um so größer ist, je weniger Zonendurchzüge beim Zonenschmelzen erforderlich
waren, kann ein Siliciumhalbleiterkörper für Gleichrichter, Transistoren od. dgl. mit einem oder mehreren
pn-Übergängen in vorteilhafter Weise dadurch hergestellt werden, daß nur die η-leitenden Zonen
und D des Siliciumstabes stets unbrauchbar; sie 20 des zu fertigenden Siliciumkörpers aus dem durch
müssen daher weggeschnitten werden. Dieses Ab- Zerschneiden eines nach dem erfindungsgemäßen
schneiden erfolgt zwischen Bereich B und C an einer
Stelle a, die im allgemeinen durch das Auftreten eines
Minimums des spezifischen Widerstandes gekennzeichnet ist.
Stelle a, die im allgemeinen durch das Auftreten eines
Minimums des spezifischen Widerstandes gekennzeichnet ist.
Gemäß der Erfindung empfiehlt es sich, den Anfangsgehalt der Siliciumausgangsverbindung beispielsweise
an Donatoren durch ein über das übliche Reinigungsverfahren hinausgehendes Maß besonders ge-Verfahren
hergestellten Siliciumstabes gewonnenen Kristall durch Umdotieren, insbesondere durch Einlegieren
von als Donatoren wirksamen Dotierungsstoffen in ihrer Leitfähigkeit bzw. ihrem Leitungstyp geändert werden; eine Nachdotierung der Zonen
des gewünschten Siliciumkörpers ist nämlich vielfach nicht erforderlich, weil durch entsprechende Einstellung
des Borgehaltes der Siliciumausgangsverbin-
ring zu halten, weil hierdurch die Länge des Be- 30 dung und damit des aus ihr gewonnenen Silicium-
reiches B günstig beeinflußt wird. In vielen Fällen jedoch ist es vorteilhaft, auf eine solche Reinigung zu
verzichten. Die Gründe hierfür sind folgende: Zunächst lassen sich die Donatoren und auch die
übrigen Verunreinigungen durch das Zonenschmelzverfahren gut entfernen, insbesondere wenn man im
Einklang mit der Lehre der Erfindung für ein gutes Abdampfen der Verunreinigungen sorgt; das gleiche
durch spezielle, über das übliche Maß hinausgehende Stabes der nicht η-leitend gemachte Teil des Siliciumkörpers
bereits den geforderten Leitfähigkeitstyp bzw. die geforderte spezifische Leitfähigkeit besitzt.
Ein Beispiel ist in Fig. 2 dargestellt. 1 bedeutet einen aus dem Bereich B des Siliciumstabes herausgeschnittenen
kreisscheibenförmigen Siliciumkristall, der den p-leitenden Halbleiterkörper eines pnp-Transistors
bildet, während die als Emitter und Kollektor dienenden n-Zonen 2 und 3 durch Einlegieren von
Reinigungsverfahren der Siliciumverbindung zu er- 40 Donatormaterial 4 und 5 an den zwei gegenüber
reichen, erfordert für jeden einzelnen Verunreinigungsstoff ein spezifisches Reinigungsverfahren, was
jedoch auch noch die genaue Kenntnis der einzelnen störenden Verunreinigungsstoffe voraussetzt. Erfahliegenden
Kreisflächen 1', 1" der Kreisscheibe 1 hergestellt sind. Die Kreisscheibe 1 ist dabei auf einfache
Weise durch Zerschneiden des p-leitenden Bereiches B des Siliciumstabes gewonnen worden. Hier-
rungsgemäß treten aber häufig z.B. als Donatoren 45 bei ist es vorteilhaft, die Scheibe senkrecht zur Stabwirkende
unbekannte Stoffe als Verunreinigungen acnse auszuschneiden und sie (in Stabrichtung, d. h.
auf, die sich hinsichtlich ihrer Verteilungskoeffi- senkrecht zu den parallelen Flächen der Scheibe gezienten
nur wenig günstiger als Bor verhalten, aber messen) dünn zu machen, um Änderungen des speziim
Gegensatz zu diesem beim Zonenschmelzverfah- fischen Widerstandes im p-leitenden Teil des Siliciumren
gut abdampfen. Die chemische Abscheidung 50 körpers möglichst klein zu halten,
solcher unbekannter Stoffe kann dadurch erspart Es ist vorteilhaft, wenn die Siliciumabscheidung
werden. auf einen Träger vorgenommen wird, der möglichst Für das Verhalten des spezifischen Widerstandes über seine ganze Länge eine gleichmäßige, durch Bor
in den Bereichen C und D gibt es eine Reihe von bedingte p-Leitfähigkeit besitzt, wobei die Größe
Möglichkeiten, die von dem in der Figur darge- 55 dieser" Leitfähigkeit vorzugsweise in der Größenordstellten
Verhalten abweichen und auf die im ein- nung der Leitfähigkeit des durch das erfindungsgezelnen
an dieser Stelle nicht näher eingegangen mäße Verfahren herzustellenden Siliciumstabes liegen
werden soll. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß oder noch besser mit dieser etwa übereinstimmen
jede stärkere Änderung des spezifischen Widerstandes soll. Ein solcher Träger kann durch Dünnziehen,
in der Nähe des in Wanderrichtung der geschmol- 60 welches z.B. nach dem in der deutschen Auslege-
zenen Zone liegenden Stabendes, gleichgültig ob es sich um einen stärkeren Anstieg oder um einen stärkeren
Abfall handelt, fast immer auf die Wirkung anderer Verunreinigungen zurückzuführen ist und
daß deshalb der p-leitende Bereich des Stabes nur bis zu der betreffenden Stelle brauchbar ist. Es müssen
deshalb die an dem in Wanderrichtung der geschmolzenen Zone liegenden, sich an den Bereich B mit
schrift 1 141 255 beschriebenen Verfahren vorgenommen werden kann, eines nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellten Siliciumstabes gewonnen werden.
Claims (6)
1. Verfahren zur Herstellung von reinstem Silicium, bei dem eine Siliciumverbindung in Gas-
form thermisch unter Bildung von freiem Silicium zersetzt und das aus der Gasphase anfallende
Silicium auf einen erhitzten Siliciumträgerkörper abgeschieden wird, bei welchem
ein langgestreckter draht- oder fadenförmiger Trägerkörper aus Silicium mit einem Reinheitsgrad,
der mindestens dem Reinheitsgrad des zu gewinnenden Siliciums entspricht, verwendet
wird, bei dem ferner der Trägerkörper zunächst vorgewärmt und anschließend zur Durchführung
des Abscheidevorganges durch direkten Stromdurchgang weitererhitzt und auf Reaktionstemperatur gehalten wird, nach Patent 1 211 610,
dadurch gekennzeichnet, daß zunächst der Borgehalt der in üblicher Weise vorgereinigten — also im allgemeinen noch
weitere Verunreinigungen, insbesondere Donatoren enthaltenden — Siliciumverbindung auf
einen Wert verringert wird, der in dem gewonnenen kompakten Siliciumkörper einer Reinheit
von etwa 1 Boratom auf mindestens 10° Siliciumatome entspricht, und daß der aus dieser
Siliciumverbindung durch das Abscheideverfahren gewonnene Siliciumstab in einem evakuierten
Gefäß, vorzugsweise unter Hochvakuum, so oft durch das mit einsinniger Wanderrichtung der geschmolzenen
Zone durchgeführte tiegellose Zonenschmelzverfahren nachgereinigt wird, bis er über den größten Teil seiner Länge p-leitend
geworden ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Zonenschmelzverfahren beendet wird, sobald der durch das Zonenschmelzverfahren
p-leitend gewordene Teil des Stabes über den größten Teil seiner Länge
etwa den gleichen spezifischen Widerstand besitzt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß, in
welchem das Zonenschmelzverfahren stattfindet, fortlaufend evakuiert wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die geschmolzene
Zone elektromagnetisch gestützt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Zonenschmelzverfahren
beendet wird, sobald nach dem ein- oder mehrmaligen Durchzug der geschmolzenen
Zone durch den Stab der spezifische Widerstand in dem sich an das Anlaufgebiet (A) anschließenden,
mindestens etwa 50 bis 60° n der gesamten Stablänge betragenden Bereich (B) des
p-leitend gewordenen Stabteiles weniger als + 20%, vorzugsweise weniger als +10%. insbesondere
weniger als ±5%, von dem Mittelwert des spezifischen Widerstandes dieses Bereiches
(B) abweicht.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die an dem in
Wanderrichtung der geschmolzenen Zone liegenden, sich an den Bereich (B) mit konstantem oder
angenähert· konstantem spezifischem Widerstand anschließenden, durch stärkere Änderungen des
spezifischen Widerstandes charakterisierten Bereiche (C und D) von dem übrigen p-leilenden
Teil des Stabes abgetrennt werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
609 570/477 5. 66 © Bundesdruckerei Berlin 609 753/428
Priority Applications (50)
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