DE2116746C3 - Verfahren zum Herstellen von Halbleiterstäben durch thermische Zersetzung einer Halbleiterverbindung - Google Patents
Verfahren zum Herstellen von Halbleiterstäben durch thermische Zersetzung einer HalbleiterverbindungInfo
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Description
η-Leitfähigkeit des sich verdickenden Trägerkörpers erforderliche Dotierungsstoff im vorgegebenen Verhältnis
zugeführt wird und auf diese Weise Halbleiterstäbe mit bestimmter einstellbarer Dotierstoffkonzentration
hergestellt werden können.
Gemäß einem besonders günstigen Ausführungsbeispiel
wird dabei der Dotierungsstoff dem Reaktionsraum gemeinsam mit dem Trägergas und der halbleitenden
Verbindung als Gasstrom zugeführt
Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Vorrichtung, bestehend aus einem mit
einer Gasdnlaß- und Gasauslaßöffnung versehenen Reaktionsraum, einer darin befindlichen Haltevorrichtung
für die für den Niederschlag des halbleitenden Stoffes vorgesehen Trägerkörper, einer mit dem is
Trägerkörper verbundenen regelbaren Heizstromquelle, einem außerhalb des Reaktionsraumes angeordneten
optischen Pyrometer und einem Temperaturregler, der das optische Pyrometer mit der regelbaren Heizstromquelle
verbindet, daß die Temperatur auf einen konstanten oder vorgegebenen Wert einstellbar ist,
verwendet. Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung des jeweils fließenden Stroms ein
Stromgeber in den Heizstromkreis eingeschaltet ist, daß zur Steuerung der dem Reaktionsraum zugeleiteten, für
den Niederschlag erforderlichen Gasmenge der Stromgeber mit einem Prozeßrechner und einem diesen
speisenden Programmgeber verbunden ist und daß der Prozeßrechner über Regelstrecken, die aus Regulierventilen
und Meßwertgebern bestehen, sowohl mit einer Trägergasversorgungsleitung als auch mit der
Versorgungsleitung der gasförmigen Verbindung de.) zu gewinnenden Halbleiterstoffes gekoppelt ist.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung anhand entsprechender Ausführungsbeispiele wird nunmehr auf
die Figuren der Zeichnung Bezug genommen.
Fi g. 1 zeigt in schematischer Darstellung die für den
Reaktionsablauf gemäß vorliegender Erfindung erforderlichen Vorrichtungseinheiten.
Die Fig.2-4 zeigen aufgrund von als optimal angesehenen Werten aufgestellte Kurven, deren Verlauf
beispielsweise für die Steuerung der Halbleitermaterialabscheidung auf dem Trägerkörper gemäß der
Lehre der Erfindung zugrunde gelegt werden.
In Fig.5 wird in Form eines Kurvendiagramms die
Abhängigkeit des Heizstromes /bzw. des Durchmessers des sich verdickenden Trägerkörpers in der Zeiteinheit
angegeben.
In F i g. 1 werden mit 2 die in einer Haltevorrichtung 3
aus Reinstgraphit eingespannten Halbleiterstäbe be- so
zeichnet, welche als Niederschlagsausgangskörper dienen. Diese aus Silicium bestehenden Halbleiterstäbe 2
befinden sich in einem mit einer Gaseinlaßöffnung 4 und einer Gasauslaßöffnung 5 versehenen, aus Quarz
bestehenden Reaklionsraum 1 und sind oben durch ein ebenfalls aus Silicium bestehendes Stabstück 18
verbunden. Durch die Gaseinlaßöffnung 4 wird das für die Abscheidung vorgesehene Reaktionsgasgemisch,
welches gegebenenfalls auch dotierende Stoffe enthalten kann, in den Reaktionsraum eingeführt. Die t>o
Restgase werden durch die Gasauslaßöffnung 5 wieder aus dem Reaktionsgefäß entfernt. Die Siliciumstäbe 2
befinden sich beispielsweise auf einer Temperatur von etwa 11500C und werden durch die Heizstromquelle 6
zunächst als elektrische, vom Strom durchflossene '>">
Widerstandskörper zufolge der an diesen dabei entwickelten Jouleschen Wärme auf der vorbestimmten
Glühtemperatur gehalten. Die Temperatur der glühenden Siliciumstäbe 2 wird von einem aus einem
Pyrometer bestehenden Temperaturmeßgerät 7 gemessen und mit dessen Hilfe der von der Heizstromquelle 6
entnommene Strom über den Temperaturregler 8 automatisch so eingestellt, daß die gemäß der Erfindung
geforderte optimale Abscheidur.gstemperatur erreicht wird. Zur Erfassung des jeweils fließenden Stroms ist ein
Stromgeber 9 in den Heizstromkreis geschaltet, welcher zur Steuerung der dem Reaktionsraum 1 zugeleiteten,
für den Niederschlag auf den Siliciumstäben 2 erforderlichen Gasmengen mit einem Prozeßrechner 10
und einem diesen speisenden Programmgeber 11 gekoppelt ist. Der Prozeßrechner 10 ist wiederum über
Regelstrecken, weiche aus Regulierventilen 12 für die Menge des Trägergases, z. B. Wasserstoff, und 13 für die
Menge des abzuscheidenden Halbleiterstoffes und aus dem Meßwertgeber 14 für die Erfassung der Gaszusammensetzung,
z. B. von Silicochloroform in Wasserstoff, und dem Meßwertgeber 15 für die Erfassung der jeweils
fließenden Trägergasmenge, z. B. Wasserstoff, bestehen, mit der Trägergasversorgungsleitung 16 für Wasserstoff
und der Versorgungseinrichtung 17 für den abzuscheidenden Halbleiterstoff verbunden. Dabei kann die
Versorgungseinrichtung 17 für den Halbleiterstoff entweder als Konzentrat vorliegen oder als Trägergas
mit konstanter Beimengung verwendet werden.
Der Prozeßrechner 10, welcher auch ein Regler oder eine sonstige Einrichtung sein kann, die aus dem
Vergleich zwischen Sollgasmenge, Sollgaszusammensetzung und Solltemperatur, welche als Programm von
dem Programmgeber 11, z. B. in Form eines Lochstreifens, eines Magnetbandes oder einer Lochkarte in
Abhängigkeit von dem durch den Stromgeber 9 erfaßten Strom vorgegeben werden, mit den jeweiligen
Istwerten eine Größe bildet, nimmt z. B. mit Hilfe der Regulierventile 12 und/oder 13 sowie des Temperaturreglers
8 eine Korrektur vor, so daß der Gesamtprozeß auf jeweils als optimal angesehene Werte gefahren
werden kann. Diese Werte können den Gegebenheiten angepaßt werden, z. B. der Einstellung eines Kostenminimums
der Anlage oder dem Erreichen einer maximalen Ausbeute an Halbleiterstoffen, aus der
verwendeten Verbindung oder auch einer maximalen Auslastung der Vorrichtung.
Anhand der in der F i g. 2 gezeigten, im logarithmischen Maßstab dargestellten Kurve soll als Ausführungsbeispiel
die Steuerung des Durchsatzes Q in mVh in Abhängigkeit vom Strom unter anfänglicher Konstanthaltung
der Temperatur gezeigt werden. Aus der eingezeichneten Kurve ist ersichtlich, daß mit steigendem
Strom / der Durchsatz Q der entsprechenden, für die thermische Zersetzung und den Niederschlag
vorgesehenen Gasmengen stetig ansteigen, so daß bei ca. 5000 Ampere ein Durchsatz von 10 m3/h als optimal
angeschen werden kann. Das besagt, da3 mit wachsendem Strom /, d. h. mit zunehmender Oberfläche des
wachsenden Siliciumstabes, der Durchsatz zunimmt, die pro Flächeneinheit angebotene Gasmenge also konstant
bleibt. Das bedeutet, daß bei gegebener Kostenrelation eine optimale Ausnutzung der Anlage erreicht
wird.
In Fig. 3 ist ebenfalls anhand einer im logarithmischen
Maßstab dargestellten Kurve ein Ausführungsbeispiel für die Anwendung der Erfindung zur Steuerung
des Molverhältnisses im Gasstrom zwischen dem aus Wasserstoff bestehenden Trägergas w\m eiern das zu
gewinnende Silicium enthaltenden Silicochloroform gezeigt, mit welchem das Reaktionsgefäß beschickt
wird. Von den auf die Dissoziationstemperatur des Silicochlorofcrms geheizten Siliciumstäben 2 wird die
entsprechende Temperatur von dem im Temperaturmeßgerät 7 enthaltenen optischen Pyrometer übernommen.
Über den Temperaturregler 8 wird dann mittels der regelbaren Heizstromquelle der Strom / so
eingestellt, daß entsprechend dem Wachsen des Durchmessers der Siliciumstäbe im Reaktionsraum die
Temperatur zunächst auf einem konstanten Wert gehalten wird. Zur besseren Ausnutzung der Anlage ist
es zweckmäßig, das Wachsen bei kleinerem Stabdurchmesser zu beschleunigen. Dies wird dadurch erreicht,
daß die im Trägergas enthaltene Menge an Silicochloroform entsprechend der Kurve in Fig. 3 erhöht wird,
wobei wiederum als Durchmessermaß der Strom / herangezogen wird. Das im Programmgeber 11
vorgesehene Steuerprogramm enthält also eine Funktion zwischen dem durch die aus Silicium bestehenden
Niederschlagskörper 2 geschickten Strom / und der jeweils entsprechenden zweckmäßigen Mischung des
aus Wasserstoff bestehenden Trägergasstroms mit dem Silicochloroform gemäß dem in der Kurve in F i g. 3
jeweils vorbestimmten Molverhältnis, damit im Niederschlagsprozeß aus dem Silicochlorofcrm an der
Siliciumstäben 2 bzw. auch bei der jeweiligen Durchsatzmenge Q an Gasstrom die Anlage für der
mengenmäßigen Niederschlag an den Stäben 2 einer möglichst günstigen Wirkungsgrad erreicht.
Die F i g. 4 zeigt ebenfalls im logarithmischer Maßstab, daß mit steigendem Strom /, d, h. mi'
steigendem Stabdurchmesser, die Temperatur an dei Oberfläche abnimmt. Dies kann sich als notwendig
ίο erweisen, damit bei größeren Durchmessern infolge dei
radialen Temperaturverteilung der Stab im Zenirun keine Überhitzung oder sogar eine Aufschmelzunj
erfährt. Auch hier wird erfindungsgemäß der Strom al·. Maß für den Durchmesser herangezogen.
Aus Fig. 5 ist die Abhängigkeit des Stroms / ir Ampere und des Durchmessers c/in Millimeter von dei
Abscheidungszeit t (in Stunden) zu ersehen. Die dor abgebildeten Kurven für / und d zeigen, daß be
gleichem Nutzeffekt, aber mit viel geringerem Aufwanc durch die Verwendung des Stroms / als Führungsgröße
eine durchmesserabhängige Optimierung des Abschei dungsprozesses möglich ist.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Verfahren zum Herstellen von Halbleiterstaben durch thermische Zersetzung einer mit einem
Trägergas gemischten Halbleiterverbindung an mindestens einem strombeheizten Trägerkörper aus
dem gleichen Halbleitermaterial, wobei die Temperatur des Trägerkörpers in Abhängigkeit vom
Istwert des durch den Trägerkörper fließenden Stroms geregelt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß in Abhängigkeit vom Istwert des durch den Trägerkörper fließenden Stroms die
Sollwerte der Temperatur des Trägerkörpers, der Menge und des Molverhältnisses von Haibleiterverbindung
und Trägergas ermittelt und einem Prozeßrechner oder Regler vorgegeben werden, durch den
in Abhängigkeit von den Istwerten des durch den Trägerkörper fließenden Stromes und der Menge
und des Molverhältnisses von I lalbleiterverbindung und Trägergas die Temperatur des Trägerkörpers
und Menge und Molverhältnis von Halbleiterverbindung und Trägergas gesteuert werden.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem mit einer
Gaseinlaß- und Gasauslaßöffnung versehenen Reaktionsraum, einer darin befindlichen Haltevorrichtung
für die für den Niederschlag des halbleitenden Stoffes vorgesehen Trägerkörper, einer mit dem
Trägerkörper verbundenen regelbaren Heizstromquelle, einem außerhalb des Reaktionsraumes
angeordneten optischen Pyrometer und einem Temperaturregler, der das optische Pyrometer mit
der regelbaren Heizstromquelle so verbindet, daß die Temperatur auf einen konstanten oder vorgegebenen
Wert einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung des jeweils fließenden Stromes
ein Stromgeber (9) in den Heizstromkreis eingeschaltet ist, daß zur Steuerung der dem Reaktionsraum (I) zugeleiteten, für den Niederschlag erforderlichen
Gasmenge der Stromgeber (9) mit einem Prozeßrechner (10) und einem diesen speisenden
Programmgeber (11) verbunden ist und daß der Prozeßrechner (10) über Regelstrecken, die aus
Regulierventilen (12, 13) und Meßwertgebern (14, 15) bestehen, sowohl mit einer Trägergasversorgungsleitung
(16) als auch mit der Versorgungsleitung der gasförmigen Verbindung des zu gewinnenden
Halbleiterstoffes gekoppelt ist.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Halbleiterstäben durch thermische Zersetzung
einer mit einem Trägergas gemischten Halbleiterverbindung an mindestens einem strombeheizten Trägerkörper
aus dem gleichen Halbleitermaterial, wobei die Temperatur des Trägerkörpers in Abhängigkeit vom
Istwert des durch den Trägerkörper fließenden Stromes geregelt wird.
Ein ähnliches Verfahren ist aus der OE-PS 2 22 184 bekannt; bei der hier beschriebenen Methode wird ein
von dem glühenden, als ''Vägerkörper dienenden Halbleiterstab durch ein optisches System erzeugtes
Bild, dessen Durchmesser sich mit dem Durchmesser des sich während des Niederschiagens verdickenden
Stabes ändert, mittels einer beweglichen Fotozelle abgetastet und der in der Bildebene an der Grenze des
vom Halbleiterstab ausgehenden Lichtstrahlenbündels auftretende Kontrast hell-dunkel zur Steuerung einer
Einrichtung verwendet, welche die Fotozelle aus dem Strahlenbündel hinausbewegt und gleichzeitig den
Strom im Heizkreis in einem solchen Maße erhöht, daß die Temperatur des Halbieiterstabes auf einem gewünschten,
insbesondere konstanten Wert gehallen wird.
Aus der DE-OS 14 44421 ist ebenfalls ein Verfahren
zum Betrieb einer elektrischen Niederschlagsanlage zur Gewinnung reinsten Halbleitermaterials, wie z. B.
Germanium oder Silicium, aus einer dieses enthaltenden Verbindung durch thermische Zersetzung und Niederschlagen
auf entsprechenden Trägerkörpern bekannt, bei dem die Glühtemperatur des auf die Dissoziationstemperatur der halbleitenden Verbindung beheizten
Träger- oder Niederschlagskörpers mittels eines Pyrometers erfaßt wird, indem die von dem Niederschlagskörper
ausgesandte, mit dessen Querschnittswachstum wachsende Strahlungsintensität auf die strahlungsempfindliche
Fläche an dem Pyrometer geschickt wird und dabei an dieser eine mit dem Querschnitt des Stabes
entsprechend wachsende Fläche bestrahlt wird, wobei das Wachstum dieser bestrahlten Fläche mit dem durch
sie an dem Pyrometer erzeugten elektrischen Wert mit dessen sich ändernden Absolutwerten mit Erreichen
von vorbestimmten Grenzwerten desselben oder Unterbrechungen im stetigen Wachstum der genannten
Fläche erusprechenden Werten für Melde-, Warn-, Steuer- oder Regelzwecke in der Niederschlagsanlage
ausgenutzt werden.
Die Erfindung betrifft eine Verbesserung der aus der OE-PS 2 22 184 bekannten Vorrichtung und eine
wesentliche Vereinfachung der in der DE-OS 14 44421 beschriebenen Niederschlagsanlage und ist dadurch
gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit vom Istwert des durch den Trägerkörper fließenden Stromes die
Sollwerte der Temperatur des Trägerkörpers, der Menge und des Molverhältnisses von Halbleiterverbindung
und Trägergas ermittelt und einem Prozeßrechner oder Regler vorgegeben werden, durch den in
Abhängigkeit von den Istwerten des durch den Trägerkörper fließenden Stromes und der Menge und
des Molverhältnisses von Halbleiterverbindungen und Trägergas die Temperatur des Trägerkörpers und
Menge und Molverhältnis von Halbleiterverbindung und Trägergas gesteuert werden.
Durch die Maßnahme, daß nämlich der durch den Stab fließende Strom in erster Näherung als Führungsgröße für die Abscheidung des Halbleiterstoffes auf dem
Trägerkörper verwendet wird, ist es möglich, eine optimale Ausnützung der für die Gewinnung von
Halbleitermaterial, ζ. B. von Silicium, in polykristalliner Form erforderlichen Ausgangsstoffe über eine Programmsteuerung,
z. B. des Gasdurchsalzes und/oder des Molverhältnisses Halbleiterverbindung-Trägergas, zu
erzielen. Dadurch entfällt der durch die Erfassung des Durchmesers des sich verdickenden Halbleiterstabes
erforderliche hohe technische Aufwand.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform kann die Niederschlagsanlage auch mit einer Vielzahl von
stabförmigen Trägerkörpern, welche mittels einer gemeinsamen Haltevorrichtung verbunden sind und
über eine gemeinsame Heizstromquelle auf die Niederschlagstcmperatur
aufgeheizt werden, betrieben werden.
Des weiteren ist es auch möglich, daß dem Reaktionsraum zusätzlich noch der für eine p- oder
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OF | Willingness to grant licences before publication of examined application | ||
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