DE1245331B

DE1245331B - Process for the production of silicon rods with close tolerances

Info

Publication number: DE1245331B
Application number: DE1960W0029981
Authority: DE
Inventors: William Harding Jun; William Winter
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1959-04-20
Filing date: 1960-04-19
Publication date: 1967-07-27
Also published as: DE1211592B; CH436229A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. Cl. Int. Cl.

C30B 25/02 FC30B 25/02 F

BOIjBOIj

Deutsche Kl.: 12 g -17/08 German class: 12 g - 17/08

Nummer: 1245 331Number: 1245 331

Aktenzeichen: W 29981IV c/12 gFile number: W 29981IV c / 12 g

Anmeldetag: 19. April I960 Registration date: April 19, 1960

Auslegetag: 27. Juli 1967Opened on: July 27, 1967

Bei der Herstellung von einkristallinen Halbleiterschicliten durch epitaktisches Aufwachsen ist es bekannt, einen Träger aus einem Material zu verwenden, dessen Reinheitsgrad niedriger ist als der für Halbleiterzwecke erforderliche, das jedoch frei von stark diffundierenden Verunreinigungen ist. Außerdem ist bereits bekannt, beim Zonenschmelzen eines durch Abscheiden aus der Gasphase hergestellten Halbleiterkörpers die Störstellenkonzentration dadurch zu modifizieren, daß ein Teil des die Störstellen erzeugenden Dotierungsmaterials während des Durchgangs abgedampft wird. Diese Verfahren erweisen sich jedoch im allgemeinen als unbefriedigend. Es ist besonders schwierig, Menge und Gleichmäßigkeit des Dotierungsmaterials genau unter Kontrolle zu halten. In the production of monocrystalline semiconductor slices by epitaxial growth it is known to use a carrier made of a material whose degree of purity is lower than that required for semiconductor purposes, but which is free from highly diffusing impurities is. In addition, it is already known that a zone melts through Deposition of the semiconductor body produced from the gas phase to modify the impurity concentration, that a part of the impurity-generating doping material evaporates during the passage will. However, these methods generally prove unsatisfactory. It is special difficult to precisely control the amount and uniformity of the dopant material.

Demgegenüber gelingt es, eng toleriert dotierte Siliciumstäbe herzustellen, wobei undotiertes Silicium mittels eines thermischen Reduktionsvorgangs auf einen aus Silicium bestehenden, stabförmigen Träger, der mit einem Dotierungsstoff, dessen Verteilungskoeffizienten zwischen 0,01 und 1 liegt, überdotiert ist, niederzuschlagen und anschließend zonenzuschmelzen, wenn erfindungsgemäß als Träger ein durch Dünnziehen eines Stabes hergestellter Faden dient und der Stab aus einer Schmelze gezogen wurde, die aus durch thermischen Reduktionsvorgang gewonnenem und aufgeschmolzenem, reinem und dotiertem Silicium sowie einer zu der Überdotierung notwendigen Menge DotierungsstofF besteht.In contrast, it is possible to produce silicon rods doped with close tolerances, with undoped silicon by means of a thermal reduction process on a rod-shaped carrier made of silicon, which is overdoped with a dopant whose distribution coefficient is between 0.01 and 1 is to precipitate and then melt into zones, if according to the invention as a carrier thread produced by thin-drawing a rod is used and the rod was drawn from a melt, those obtained from the thermal reduction process and melted, pure and doped silicon and an amount of dopant necessary for the overdoping.

Die einzelnen Verfahrensschritte des beanspruchten Verfahrens, nämlich das Dünnziehen eines Stabes, das Ziehen eines Kristalls aus einer Schmelze, das Niederschlagen von Silicium aus der Gasphase durch einen thermischen Reduktionsvorgang und das Zusammenschmelzen von Silicium mit Dotierungsstoff, sind jeweils für sich bekannt. The individual process steps of the claimed process, namely the thinning of a rod, pulling a crystal from a melt, depositing silicon from the gas phase a thermal reduction process and the melting together of silicon with dopant are each known per se.

Die Figuren dienen der Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Es zeigtThe figures serve to explain the method according to the invention. It shows

F i g. 1 den Aufriß durch eine Reaktionskammer, Fig. 2 den Seitenriß eines Kristallziehapparates,F i g. 1 the elevation through a reaction chamber, FIG. 2 the side elevation of a crystal pulling apparatus,

F i g. 3 einen Siliciumstab, der gemäß der Erfindung hergestellt worden ist,F i g. 3 shows a silicon rod made according to the invention has been made

Fig. 4 den Seitenriß durch eine Dünnziehanlage,4 shows the side elevation through a thin drawing machine,

Fig. 5 ein Teil einer vergrößerten, teilweise im Querschnitt gezeigten Ansicht eines Siliciumstabes, der gerade behandelt wird, undFig. 5 is a part of an enlarged, partially in Cross-sectional view of a silicon rod being treated, and

F i g. 6 den Seitenriß durch eine Zonenschmelzanlage. F i g. 6 the side elevation through a zone melting plant.

Fig. 1 zeigt eine vertikale Reaktionskammer 10, in der man ein Silan-Halogen-Derivat zersetzen und das sich dabei bildende, freie Silicium auf einen Siliciumfaden oder -stab abscheiden kann. Die Reaktions-Verfahren zur Herstellung eng toleriert
dotierter Siliciumstäbe1 shows a vertical reaction chamber 10 in which a silane-halogen derivative can be decomposed and the free silicon which is formed can be deposited on a silicon thread or rod. The reaction method of manufacture is closely tolerated
doped silicon rods

Anmelder:Applicant:

Westinghouse Electric Corporation,
East Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)Westinghouse Electric Corporation,
East Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter:Representative:

Dipl.-Ing. R. Barckhaus, Patentanwalt,
München 2, Wittelsbacherplatz 2Dipl.-Ing. R. Barckhaus, patent attorney,
Munich 2, Wittelsbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:
'5 William Harding jun., Jeannette, Pa.;Named as inventor:
5 William Harding, Jr., Jeannette, Pa .;

William Winter, Murrysville, Pa. (V. St. A.)William Winter, Murrysville, Pa. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
_ao V. St. v. Amerika vom 20. April 1959 (807 538)Claimed priority:
_ao V. St. v. America April 20, 1959 (807 538)

kammer 10 enthält eine Grundplatte 12, auf die ein zylindrisches Reaktionsgefäß 14, das vorzugsweise aus Quarz besteht, aufgesetzt ist. Selbstverständlich muß zwischen dem Gefäß 14 und der Grundplatte 12 ein gasdichter Abschluß bestehen. Durch die Grundplatte 12 sind Elektroden 16 und 22, z. B... •'Silberelektroden, geführt, die durch' geeignete' Isol'iermanscheften 17'und 23 isoliert sind. In den"oberen Enden der Elektroden' 16 und 22 befinden .sich Einschnitte 18 bzw.. 24, in die '.Elektroden 20 und 26 aus reinem Graphit· eingefügt sind. In den 'Oberen Enden der Graphitelektroden befinden sich längliche Einschnitte 28 und 32, in die die unteren Enden der Siliciumfäden 30 bzw. 34 genau eingepaßt sind. Die oberen Enden der Siliciumfäden passen bündig in die Einschnitte .36 und 38 einer Graphitbrücke 40. An die Elektroden 16 und 22 wird eine elektrische Spannung angelegt,' und es fließt ein Strom durch die Graphitelektroden, die Siliciumfäden 30 und 34 und durch die Brücke 40, die den Stromkreis vervollständigt. Chamber 10 contains a base plate 12 on which a cylindrical reaction vessel 14, which is preferably consists of quartz, is attached. Of course, between the vessel 14 and the base plate 12 consist of a gas-tight seal. Electrodes 16 and 22, e.g. B ... • 'silver electrodes, out, which are insulated by 'suitable' Isol'iermanscheften 17 'and 23. In the "upper The ends of the electrodes 16 and 22 are incisions 18 and 24, respectively, into the electrodes 20 and 26 made of pure graphite · are inserted. In the 'upper Ends of the graphite electrodes are elongated cuts 28 and 32 into which the lower ends of the Silicon threads 30 and 34 are precisely fitted. The top ends of the silicon filaments fit flush with the Incisions 36 and 38 of a graphite bridge 40. An electrical voltage is applied to electrodes 16 and 22 is applied, 'and a current flows through the graphite electrodes, silicon filaments 30 and 34 and through the bridge 40 which completes the circuit.

Durch die Grundplatte 12 führen weiterhin eine Einlaßröhre 44, die in einer Düsenspitze 46 endet, und eine Auslaßröh're 48. Diese Röhren ragen in die Reaktionskammer hinein; durch sie gelangt das Gasgemisch aus Trichlorsilan und Wasserstoff in die Reaktionskammer hinein bzw. werden durch sie di Zersetzungspfodukte' abgeführt.An inlet tube 44, which ends in a nozzle tip 46, also leads through the base plate 12, and an outlet tube 48. These tubes protrude into the reaction chamber; the gas mixture passes through them of trichlorosilane and hydrogen into the reaction chamber or are di Decomposition products' removed.

. 70561;. 70561;

Zum Betrieb wird die Reaktionsglocke 14 bis auf etwa 10-² mm Hg evakuiert und dann mit einem Edelgas gefüllt, z.B. mit Argon oder mit Helium. Den Siliciumstäben oder -drähten 30 und 34 wird Energie zugeführt, indem man einen elektrischen Strom durch sie hindurchschickt, bis ihre Temperatur innerhalb des Bereiches von 900 bis 1250⁰C liegt. Das Gemisch von Wasserstoff und Trichlorsilan im Verhältnis von etwa 4 bis 100 oder mehr Mol Wasserstoff auf 1 Mol Trichlorsilan wird durch die Einlaßröhre 44 mit der Düsenspitze 46 mit einer Geschwindigkeit von etwa 100 bis 700 m/Sek. und einer Durchfiußmenge von etwa 15 bis 50 l/Min, eingespritzt. Auf den Stäben oder Drähten 30 oder 34 schlägt sich das Silicium als glatter gleichmäßiger Überzug mit einer Geschwindigkeit von etwa 5 bis 30 g/Std. nieder. Man läßt diesen Vorgang so lange laufen, bis die Stäbe oder Drähte 30 und 34 einen gewissen Durchmesser, z.B. von 12,7 mm, erreicht haben. Der Strom des Gemisches aus Wasserstoff und Trichlorsilan wird dann abgestellt und der durch die Drähte fließende elektrische Strom abgeschaltet. Man läßt die Reaktionskammer abkühlen und kann die Siliciumstäbe herausnehmen.The reaction bell is evacuated to 14 mm Hg to about 10- ² and then filled with an inert gas for the operation, for example with argon or helium. The silicon rods or wires 30 and 34 energy is supplied by passing sends an electric current through them is until its temperature within the range 900-1250 ⁰ C. The mixture of hydrogen and trichlorosilane in the ratio of about 4 to 100 or more moles of hydrogen to 1 mole of trichlorosilane is introduced through the inlet tube 44 with the nozzle tip 46 at a speed of about 100 to 700 m / sec. and a flow rate of about 15 to 50 l / min. The silicon is deposited on the rods or wires 30 or 34 as a smooth, uniform coating at a rate of about 5 to 30 g / hour. low. This process is allowed to run until the rods or wires 30 and 34 have reached a certain diameter, for example 12.7 mm. The flow of the mixture of hydrogen and trichlorosilane is then switched off and the electrical current flowing through the wires is switched off. The reaction chamber is allowed to cool and the silicon rods can be removed.

Fig. 2 zeigt eine Kristallziehanlage 52, die aus einem Sockel 54 besteht, der ein glockenförmiges Geliäuse 56 trägt. Ein Edelgas, z.B. Argon oder Helium, wird durch den Einlaß 58 in das Gehäuse geleitet und kann durch den Auslaß 60 wieder abgelassen werden. Ein Tiegel 62 aus einem reaktionsträgen Material, z.B. aus Quarz, befindet sich innerhalb des Gehäuses 56 auf einer Säule 64. Der Tiegel 62 ist von einer wassergekühlten Spule 66 umgeben, die von einem elektrischen Hochfrequenzstrom durchflossen wird, der den Tiegel 62 und dessen Inhalt erhitzt. Den elektrischen Hochfrequenzstrom Meiert die Quelle 68. Oberhalb des Tiegels 62 hängt ein Gewicht 70. Durch den Motor 72 kann dieses Gewicht in senkrechter Richtung nach oben bewegt werden. Wenn sich der Motor 72 dreht, so dreht sich die Schraubenwelle 74 mit. Das Gewicht 70 ist mit der Welle 74 über einen Draht 76 und die Rollen 78 verbunden. Wenn der Motor 72 in Betrieb gesetzt wird, so hebt sich das Gewicht 70 längs der Achse des vertikalen Rohres 80.Fig. 2 shows a crystal pulling system 52, which consists of a base 54, which is a bell-shaped Geliäuse 56 carries. A noble gas such as argon or helium is introduced into the housing through inlet 58 and can be drained through the outlet 60 again. A crucible 62 made of an inert Material, such as quartz, is located within the housing 56 on a column 64. The crucible 62 is surrounded by a water-cooled coil 66 through which a high-frequency electrical current flows which heats the crucible 62 and its contents. The high-frequency electrical current Meiert the source 68. Above the crucible 62 hangs a weight 70. This weight can be moved upwards in a vertical direction. When the motor 72 rotates, it rotates Screw shaft 74 with. The weight 70 is connected to the shaft 74 via a wire 76 and the rollers 78. When the motor 72 is started, the weight 70 rises along the axis of the vertical pipe 80.

Zum Betrieb der Anlage gemäß der Fig. 2 wird reines Silicium, z.B. in Form von verhältnismäßig kleinen Stücken von Siliciumstäben, die in der Reaktionskammer von Fig. 1 hergestellt wurden, oder in Form von pulverisiertem Silicium, in den Tiegel 62 gegeben. Eine abgewogene Menge eines Dotierungsstoffes, gewöhnlich von der Größenordnung Milligramm oder weniger, z.B. von Bor, Antimon, Arsen, Phosphor, Silber oder von Mischungen dieser Stoffe oder von Legierungen oder Verbindungen, wie z. B. Boroxyd, wird ebenfalls in den Tiegel 62 gegeben. Die Glockenkammer wird mit Argon oder Helium bei einer Durchflußgeschwindigkeit von etwa 140 bis 1400 1/Std. gespült, um die Luft zu verdrängen. To operate the system according to FIG pure silicon, e.g. in the form of relatively small pieces of silicon rods, which are in the Reaction chamber of Fig. 1 were manufactured, or in the form of powdered silicon, placed in the crucible 62. A weighed amount of one Dopant, usually of the order of milligrams or less, e.g. of boron, antimony, Arsenic, phosphorus, silver or mixtures of these substances or of alloys or compounds, such as B. boron oxide is also placed in the crucible 62. The bell chamber is filled with argon or Helium at a flow rate of about 140 to 1400 l / h. flushed to displace the air.

Die Quelle 68 für den Hoclifrequenzstrom wird angeschaltet, der Strom heizt den Tiegel 62 durch die Induktionsspule, wodurch das Silicium und das Dotierungsmaterial schmelzen. Die Schmelzmasse 92 wird lange genug auf einer Temperatur gehalten, die oberhalb des Schmelzpunktes der Schmelzmasse liegt, daß sich thermisches Gleichgewicht zwischen dem Tiegel 62 und der Schmelze 92 einstellen kann. Wird der Motor 72 geeignet, gesteuert, so wird ein Kristallkeim 94, der unten -ah dem Gewicht 70 befestigt ist, bis zu einer Tiefe von etwa 1 mm in die Schmelze eingetaucht. Ein Teil des Keimes 94 wird abgeschmolzen, damit, eine gute Benetzung stattfindet; das geschmolzene Material steigt wegen der Oberflächenspannung hoch und umfaßt den noch festen Teil des Keimes,, und das thermische Gleichgewicht, ist hergestellt. Der Motor 72 wird dann so eingestellt,'daß der Keim 94 mit einer Geschwindigkeit von etwa 15 cm/Std. angehoben wird und nach sich eine feste Säule oder einen Stab 96 aus. Silicium mit darin ,verteilter Dotierung'sverunreinigun'g aus der Schmelze zieht. 'The source 68 for the hi-fi frequency current is switched on, the current heats the crucible 62 through the induction coil, thereby removing the silicon and the Melt the doping material. The melt 92 is held long enough at a temperature that is above the melting point of the melt that there is thermal equilibrium between the Crucible 62 and the melt 92 can be adjusted. If the motor 72 is appropriately controlled, a seed crystal will be produced 94, which is attached below - near the weight 70, immersed in the melt to a depth of about 1 mm. Part of the germ 94 is melted off, so that good wetting takes place; the molten material increases because of the surface tension high and includes the still solid part of the nucleus, and the thermal equilibrium is established. The motor 72 is then adjusted so 'that the seed 94 at a rate of about 15 cm / hour. is raised and afterwards a solid Column or rod 96. Silicon with in it, distributed Doping impurity draws from the melt. '

Der Durchmesser des so gebildeten Stabes kann dadurch beeinflußt werden, daß man die Ziehgeschwindigkeit und die Temperatur der Schmelze, oder beides ändert. Je höher die Schmelztemperatur ist, desto kleiner wird der Durchmesser des Stabes.The diameter of the rod so formed can be influenced by the drawing speed and the temperature of the melt, or both, changes. The higher the melting temperature is, the smaller the diameter of the rod becomes.

Fig. 3 zeigt einen fertigen Stab 98 aus dotiertem Silicium, der gemäß dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt worden ist. Der Stab 98 besteht aus einem Keim 94 und aus einem Teil 96 gewachsenen Siliciums.Fig. 3 shows a finished rod 98 made of doped Silicon made according to the method described above. The rod 98 is made from a seed 94 and from a part 96 grown silicon.

Fig. 4 zeigt eine Anlage 120 zum Dünnziehen von Stäben oder Drähten. Die Anlage 120 besteht aus einer Grundplatte 122 und einer Glocke 124. Die Glocke ist auf die Grundplatte 122 aufgesetzt;. zwischen beiden besteht mit Hilfe einer Nut 126 ein luftdichter Abschluß. Die Grundplatte 122 des Kristallziehofens 120 enthält eine Röhre 158, durch die der Ofen evakuiert oder Edelgas oder ein anderes Gas zugeführt werden kann.4 shows a system 120 for thin drawing of rods or wires. The system 120 consists of a base plate 122 and a bell 124. The Bell is placed on the base plate 122; there is a groove 126 between the two airtight seal. The base plate 122 of the crystal pulling furnace 120 includes a tube 158 through which the Furnace evacuated or inert gas or another gas can be supplied.

Der Siliciumstab 96, der nadi dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt worden ist, wird zwischen eine bewegliche obere Klemme 128 und eine feste untere Klemme 130 eingespannt. Die bewegliche obere Klemme 128 ist über einen Draht 134, Rollen 136 und eine Schraubenwelle 138 mit einem Motor 132 verbunden. Eine in der Vertikalen bewegliche Heizspule 340, die von einer Quelle 142 mit elektrischer Energie versorgt werden kann, ist um den Siliciumstab 96 herum angeordnet.The silicon rod 96, following the one described above Procedure is established between a movable upper clamp 128 and a fixed one lower clamp 130 clamped. The movable upper clamp 128 is via a wire 134, rollers 136 and a screw shaft 138 connected to a motor 132. A vertically movable heating coil 340, which can be supplied with electrical energy from a source 142, is around the silicon rod 96 arranged around.

Die bewegliche elektrische Heizspule 140 wird anfangs so eingestellt, daß sie um den Teil des Stabes 96 herum liegt, der der oberen Klemme 128 unmittelbar benachbart ist. Die Spule 140 wird von der Quelle 142 gespeist und erhitzt eine Zone des Stabes 96 auf eine Temperatur, die hoch genug ist, daß der Stab schmilzt.The movable electric heating coil 140 is initially adjusted so that it lies around the portion of the rod 96 that of the upper clamp 128 immediately is adjacent. The coil 140 is fed by the source 142 and heats a zone of the rod 96 to one Temperature high enough to melt the rod.

Der Elektromotor 132 wird in Bewegung gesetzt, und mittels der Steuerung wird die obere Klemme 128 mit einer Geschwindigkeit bis zu 4 cm/Min, oder mehr angehoben, wobei sich der Teil des Stabes 96, der durch die Erhitzung geschmolzen war, zusammenzieht. Die Heizspule 140 wird langsam längs des Stabes 96 abwärts bewegt, und zwar mit einer Geschwindigkeit, die mit der Geschwindigkeit, mit der die obere Klemme 128 angehoben wird, in Beziehung steht, wobei der Stab 96 sich langsam verlängert, und zwar unter sorgfältig unter Kontrolle stehenden Bedingungen so lange, bis ein vorbestimmter gewünschter Durchmesser von z. B. 2,75 mm erreicht ist.
Der Stab besteht aus einem' verlängerten Teil 144, einer geschmolzenen Zone 146 und einem festen Teil 148 (s. auch Fig. 5).The electric motor 132 is set in motion and, by means of the controller, the upper clamp 128 is raised at a rate of up to 4 cm / min, or more, contracting the portion of the rod 96 that had been melted by the heating. The heating coil 140 is slowly moved down the rod 96 at a rate related to the rate at which the upper clamp 128 is raised, the rod 96 slowly elongating, under careful control standing conditions until a predetermined desired diameter of z. B. 2.75 mm is reached.
The rod consists of an elongated part 144, a molten zone 146 and a solid part 148 (see also FIG. 5).

Nachdem im wesentlichen der ganze Stab 96 in einen dünnen Stab gewünschten Durchmessers gezogenAfter substantially all of the rod 96 is drawn into a thin rod of the desired diameter

worden ist, wird die elektrische Spule 140 abgeschaltet. Nach der Abkühlung wird der verlängerte Siliciumstab 144 aus dem Ofen herausgenommen und in dotierte Drähte 30 und 34 gemäß Fig. 1 zerteilt.has been, the electrical coil 140 is switched off. After cooling, the elongated silicon rod 144 is removed from the furnace and divided into doped wires 30 and 34 as shown in FIG.

Die dotierten Fäden aus dem Stab 144 werden in eine Reaktionskammer eingespannt, die ähnlich der in Fig. 1 gezeigten ist, und weiteres, reines Silicium wird auf ihnen niedergeschlagen, indem man Trichlorsilan thermisch reduziert, bis man einen Stab eines vorausbestimmten Durchmessers erhält.The doped filaments from rod 144 are placed in a reaction chamber similar to that shown in Figure 1 and additional pure silicon is deposited on them by thermally reducing trichlorosilane until a rod of a predetermined diameter is obtained.

Der so erzeugte Stab, der einen hochdotierten Kern und eine äußere Schale aus reinem Silicium enthält, wird sodann dem Zonenschmelzverfahren unterworfen, wodurch sich das Dotierungsmaterial im wesentlichen gleichförmig über den ganzen Stab verteilt und der Stab zudem in einen Einkristall umgewandelt wird. Das Zonenschmelzverfahren dient gleichzeitig dazu, irgendwelche andere Verunreinigungen, deren Verteilungskoeffizient kleiner als 1 ist, die durch Zufall bei einem der verschiedenen Schritte des Verfahrens eingeschleppt worden sind, zu entfernen.The rod produced in this way, which contains a highly doped core and an outer shell made of pure silicon, is then subjected to the zone melting process, whereby the doping material in the Distributed essentially uniformly over the entire rod and the rod also converted into a single crystal will. The zone melting process also serves to remove any other impurities, whose distribution coefficient is less than 1, which occurs by chance during one of the various steps of the Procedure have been introduced to remove.

Fig. 6 zeigt eine Art eines Glockenofens 150, der zum Zonenschmelzen des Siliciumstabes verwendet werden kann. Der Ofen 150 besteht aus einer Grundplatte 152 und einer Glocke 154. Die Glocke 154 ist auf die Grundplatte 152 aufgesetzt; zwischen beiden besteht mit Hilfe einer Nut 156 ein luftdichter Abschluß. Die Grundplatte ist mit einem Durchlaß 158 versehen, durch den der Ofen evakuiert werden kann.Fig. 6 shows one type of bell furnace 150 that can be used for zone melting the silicon rod. The furnace 150 consists of a base plate 152 and a bell 154. The bell 154 is placed on the base plate 152 ; between the two there is an airtight seal with the aid of a groove 156. The base plate is provided with a passage 158 through which the furnace can be evacuated.

Ein Siliciumstab 198 wird an seinem oberen Ende an einer starren oberen Aufhängevorrichtung 160 befestigt. Eine untere Befestigung 162, die einen Silicium-Einkristallkeim 166 trägt, kann frei rotieren, wenn sie durch einen Motor 164 angetrieben wird. Das untere Ende des Stabes 198 ist so angeordnet, daß es sich in der Nähe des Silicium-Einkristallkeimes 166 befindet.A silicon rod 198 is attached at its upper end to a rigid upper hanger 160. A lower fixture 162 carrying a silicon single crystal seed 166 is free to rotate when driven by a motor 164. The lower end of the rod 198 is arranged so that it is in the vicinity of the silicon single crystal seed 166 .

Eine bewegliche Heizspule 168, die von einer Quelle 170 mit elektrischer Energie versorgt werden kann, ist um den Siliciumstab 198 herum angeordnet.A movable heating coil 168, which can be supplied with electrical energy from a source 170, is arranged around the silicon rod 198 .

Der Ofen wird bis auf etwa 10~^a mm Hg evakuiert. Die Spule 168 wird etwa um das untere Ende des Stabes herum eingestellt und von der Quelle 170 gespeist. Eine enge Zone am unteren Ende des Stabes 198 wird auf eine Temperatur erhitzt, die oberhalb des Schmelzpunktes von Silicium liegt, und wird in Berührung mit dem Einkristallkeim 166 gehalten, dessen oberer Teil ebenfalls schmilzt. Der unteren Befestigung 162 wird eine Rotationsbewegung erteilt, und die Spule 168 wird in Pfeilrichtung längs des Stabes 198 nach oben bewegt, wobei der Stab zonenweise geschmolzen und in einen Einkristall verwandelt wird, welcher eine Verlängerung des Keimes 166 darstellt. The furnace is evacuated to about 10 ~ ^a mm Hg. The coil 168 is set around the lower end of the rod and is fed by the source 170. A narrow zone at the lower end of the rod 198 is heated to a temperature above the melting point of silicon and is kept in contact with the single crystal seed 166 , the upper part of which also melts. The lower fixture 162 is given a rotational movement and the coil 168 is moved upwards along the rod 198 in the direction of the arrow, the rod being melted zone by zone and transformed into a single crystal, which is an extension of the nucleus 166 .

example

Auf zwei Siliciumfäden, die einen kreisförmigen Querschnitt, einen Durchmesser von 2,75 mm und eine Länge von etwa 38 cm aufweisen, wurde aus einem Gas, das aus einem Gemisch von Wasserstoff und Trichlorsilan im Verhältnis von 10 : 1 Mol bestand, bei 115O⁰C Fadentemperatur Silicium als glatter gleichmäßiger Überzug mit einer Geschwindigkeit von 15 g/Std. niedergeschlagen.' Die Ausbeute betrug 26°/o des eintretenden Trichlorsilans. 90 g dieser Siliciumstäbe wurden in einem Quarztiegel einer Kristallziehanlage zusammen mit 5,5 mg einer .Legierung von Silicium und Boroxyd, die 0,0055 mg Bor enthielt, bei einer Temperatur von etwa 145O⁰C geschmolzen und ein Stab von etwa 25 cm Länge und einem Durchmesser von etwa 11 mm daraus gezogen. Dieser Stab wurde in eine Dünnziehanlage entsprechend Fig. 4 gebracht und pro Stunde etwa 1,25 mm Länge eines dünnen Stabes hergestellt, der einen Durchmesser von etwa 2,75 mm aufwies. Dieser Stab wurde in kurze Stücke von einer Länge von 25 cm zertrennt. Diese Stücke wurden in eine Reaktionskammer, die ähnlich der in Fi g. 1 gezeigten ist, als Träger gegeben und darauf reines Silicium niedergeschlagen, bis ihr Durchmesser auf etwa 9 mm angewachsen war. Ein derartiger 9 mm dicker Stab wurde dem Zonenschmelzverfahren unterworfen und in einen Einkristall verwandelt, wofür elf Durchgänge durchgeführt wurden.On two silicon threads, which have a circular cross-section, a diameter of 2.75 mm and a length of about 38 cm, a gas consisting of a mixture of hydrogen and trichlorosilane in the ratio of 10: 1 mol, at 115O ⁰ C filament temperature of silicon as a smooth, even coating at a rate of 15 g / hour. dejected. ' The yield was 26% of the trichlorosilane entering. 90 g of these silicon rods were melted in a quartz crucible of a crystal puller together with 5.5 mg of an alloy of silicon and boron oxide containing 0.0055 mg of boron at a temperature of about 145O ⁰ C and a rod about 25 cm in length and a diameter of about 11 mm drawn from it. This rod was placed in a thin-drawing machine as shown in FIG. 4 and a thin rod of about 1.25 mm in length was produced per hour, which had a diameter of about 2.75 mm. This rod was cut into short pieces with a length of 25 cm. These pieces were placed in a reaction chamber similar to that shown in FIG. 1 is given as a carrier and deposited on it pure silicon until its diameter was increased to about 9 mm. Such a 9 mm thick rod was subjected to the zone melting process and turned into a single crystal, for which eleven passes were made.

Es wurden Siliciumstäbe erhalten, in denen gleichförmige elektrische Leitfähigkeiten von 70 Ohm-cm gemessen wurden und die für Halbleiterbauelemente verwendet werden konnten.Silicon rods were obtained in which uniform electrical conductivities of 70 ohm-cm were measured and which could be used for semiconductor components.

Claims

Claim:

Process for the production of closely tolerated doped silicon rods, with undoped silicon on a made of silicon, rod-shaped carrier which is overdoped with a dopant whose distribution coefficient is between 0.01 and 1 is, precipitated by means of a thermal reduction process and then zone-melted is characterized by that a thread produced by thinning a rod serves as a carrier and the rod was drawn from a melt obtained by thermal reduction process recovered and melted, pure and doped silicon and one for the overdoping necessary amount of dopant.

Considered publications:
German publication No. 1029 941.

1 sheet of drawings