Verfahren zum Herstellen von kristallinen, insbesondere halbleitenden
Elementen durch elektrische Gasentladung Ein bekanntes Verfahren zum Herstellen
von Elementen mit metallischem Charakter besteht darin, daß man eine elektrische
Gasentladung zwischen zwei Elektroden in einer Atmosphäre eines gasförrnigen Halogenids
des darzustellenden Elementes so einstellt, daß durch Ionisation das Halogenid gespaltet
und das Element mit metallischem Charakter an mindestens einer der Elektroden der
Gasentladung niedergeschlagen wird. Ein ähnliches bekanntes Verfahren zur Herstellung
von elementarem Bor verwendet eine zwischen zwei Elektroden übergehende, hoch temperierte
elektrische Entladung (Lichtbogen), die in einer aus BC13 und Wasserstoff bestehenden
Atmosphäre erzeugt wird. Hierbei wird elementares Bor an den Elektroden der Gasentladung
in schmelzflüssigem Zustand abgeschieden.Process for the production of crystalline, in particular semiconducting
Elements by electrical gas discharge A well-known method of manufacturing
of elements with a metallic character consists in having an electrical
Gas discharge between two electrodes in an atmosphere of a gaseous halide
of the element to be represented is set so that the halide is cleaved by ionization
and the element having a metallic character on at least one of the electrodes of the
Gas discharge is deposited. A similar known method of manufacture
of elemental boron uses a high temperature that passes between two electrodes
electric discharge (arc) that occurs in a consisting of BC13 and hydrogen
Atmosphere is created. Here, elemental boron is deposited on the electrodes of the gas discharge
deposited in the molten state.
Bei Verwendung stabförrniger, mit ihren Spitzen einander zugekehrter
Elektroden wird bei einem solchen Verfahren die Gasentladung zwischen den Spitzen
der Elektroden übergehen. Da ferner bei Überschreitung der Schmelztemperatur des
darzustellenden Stoffes an der Abscheidungselektrode der zu gewinnende Stoff in
schmelzflüssigem Zustand anfällt, kann man ein solches Gasentladungsverfahren zur
Herstellung kompakter Kristalle in einer dem bekannten Kristallziehverfahren aus
der Schmelze ähnlichen Weise benutzen. Wenn nämlieh
einerseits
die Gasentladung und die Abscheidung des schmelzflüssigen Elements aufrechterhalten
wird, anderseits aber durch Abkühlung das der festen Elektrode jeweils zunächst
liegende abgeschiedene Material zum sukzessiven Auskristallisieren an der festen
Elektrode gebracht wird, dann kann sich ein stationärer Zustand derart einstellen,
daß an einem an der Spitze des auskristallisierten, eine Verlängerung der ursprünglichen
Elektrode bildenden Materials haftenden Schmelztropfen die Gasentladung ansetzt.
Dabei ist es im Prinzip möglich, die Größe des Schmelztropfens stets unterhalb seiner
Stabilitätsgrenze zu halten. Da man bei einem solchen Verfahren auf die Kühlung
durch Wärmeableitung angewiesen ist, darf die Temperatur an der Abscheidungselektrode
den Schmelzpunkt des zu gewinnenden Stoffes im allgemeinen nur wenig überschreiten.
Außerdem muß man, um die Abscheidungs- und Temperaturverhä.Itnisse unverändert zu
lassen, die Elektroden entsprechend der Geschwindigkeit des Kristallwachstums und
damit entsprechend der Abscheidegeschwindigkeit laufend auseinanderziehen und mit
einem strömenden Reaktionsgas arbeiten.When using rod-shaped, with their tips facing each other
In such a process, electrodes are the gas discharge between the tips
of the electrodes. Since, furthermore, when the melting temperature of the
substance to be represented at the deposition electrode the substance to be extracted in
accrues molten state, you can use such a gas discharge process
Production of compact crystals in one of the known crystal pulling processes
use a similar way to the melt. If namely
on the one hand
maintain gas discharge and deposition of the molten element
is, on the other hand, by cooling that of the fixed electrode in each case initially
lying deposited material for successive crystallization on the solid
Electrode is brought, then a steady state can be set in such a way that
that at one at the top of the crystallized, an extension of the original
Melt droplets adhering to the electrode forming material start the gas discharge.
In principle, it is possible to keep the size of the melt drop below it
To keep the stability limit. Since one with such a procedure on the cooling
is dependent on heat dissipation, the temperature at the deposition electrode is allowed
generally only slightly exceed the melting point of the substance to be obtained.
In addition, you have to keep the deposition and temperature conditions unchanged
let the electrodes according to the rate of crystal growth and
thus continuously pull apart according to the deposition speed and with
a flowing reaction gas work.
Die Ähnlichkeit eines solchen Gasentladungsverfahrens mit dem bekannten
Kristallziehen aus der Schmelze ist insbesondere dann gegeben, wenn die Abscheidungselektrode
mindestens an einer Spitze aus dem herzustellenden Element besteht. Dies ist insbesondere
bei der Herstellung von halbleitenden Elementen, z. B. von Silizium, von Bedeutung.The similarity of such a gas discharge process with the known
Crystal pulling from the melt is given in particular when the deposition electrode
consists of the element to be produced at least at one point. This is particular
in the manufacture of semiconducting elements, e.g. B. of silicon, of importance.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von kristallinen,
insbesondere halbleitenden Elementen durch Abscheidung des zu gewinnenden Eleinentes
aus einer mit einem flüchtigen Reduktionsmittel, wie Wasserstoff, versetzten, in
den Gaszustand übergeführten Verbindung, insbesondere Halogenverbindung, des darzustellenden
Elementes in einer zwischen den Spitzen zweier stabförmiger, insbesondere aus dein
darzustellenden Element bestehender, gegeneinander verschiebbar in einem Entladungsgefäß
angeordneter Elektroden übergebenden elektrischen Gasentladung, die so eingestellt
wird, daß sich das darzustellende Element in Form eines schmelzflüssigen Tropfens
an mindestens einer der Elektroden der Gasentladung niederschlägt und aus dem Tropfen
infolge einer durch entsprechendes Auseinanderziehen der Elektroden bedingten Abkühlung
aus dein sich durch die weitere Abscheidung ständig ergänzenden Tropfen unter allmählicher
Entstehung eines stabförmigen Kristalles auskristallisiert. Entsprechend der Lehre
der Erfindung sollen dabei die Elektroden während der Durchführung des Abscheidevorganges
relativ zueinander rotieren.The invention relates to a method for producing crystalline,
in particular semiconducting elements by separating the elements to be extracted
from a mixed with a volatile reducing agent such as hydrogen, in
the compound transferred to the gas state, in particular halogen compound, of the compound to be represented
Element in one between the tips of two rod-shaped, in particular from your
Existing element to be represented, mutually displaceable in a discharge vessel
arranged electrodes transferring electrical gas discharge, which is set
that the element to be represented is in the form of a molten drop
precipitates on at least one of the electrodes of the gas discharge and from the drop
as a result of cooling caused by the electrodes being pulled apart accordingly
from your drops, which are constantly being supplemented by the further deposition, under more and more
Formation of a rod-shaped crystal crystallized out. According to the teaching
The aim of the invention is to use the electrodes while the deposition process is being carried out
rotate relative to each other.
Beim bekannten Kristallziehen aus einer in einem Tiegel befindlichen
Schmelze kann eine bessere Kristallgüte erreicht werden, wenn man den zu ziehenden
Kristall um seine Achse relativ zu der ihn berührenden Schmelze rotieren läßt.In the known crystal pulling from a crucible
Melt, a better crystal quality can be achieved if the to be drawn
The crystal can rotate around its axis relative to the melt in contact with it.
Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird jedoch die eine Elektrode
relativ zur anderen in Rotation versetzt, so daß von einer Rotation des Kristalles
relativ zu der ihn nährenden Schmelze nicht die Rede sein kann, Dagegen ändert sich
Lage von Elektrode und Schmelze periodisch zu dem zwischen den beiden Elektroden
herrschenden Feld, was, wie gemäß der Erfindung erkaunt wurde, einen ähnlichen das
gleichmäßige Kristallwachstum begünstigenden Effekt wie die Rotation des in die
Schmelze tauchenden Keimkristalles beim Kristallziehen aus der Schmelze besitzt.
Dieser günstige Effekt tritt nicht nur auf, wenn die Elektroden horizontal oder
zueinander geneigt angeordnet sind. Auch eine vertikale Halterung der Elektroden,
selbst wenn diese dann zueinander koaxial angeordnet sind, vermag zu sehr gleichmäßig
ge-
wachsenen Kristallen führen, wenn die Elektroden während des Abscheidebetriebes
rotieren. Auch in diesem Falle schwankt die gegenseitige Entfernung der Randpunkte
der Elektroden periodisch um einen Mittelwert, so daß sich das gleiche Verhalten
für die Anordnung des elektrischen Feldes der Entladung und auch der übrigen Entladungseinflüsse
ergibt.In the method according to the invention, however, one electrode is set in rotation relative to the other, so that there can be no question of a rotation of the crystal relative to the melt feeding it. On the other hand, the position of electrode and melt changes periodically to that between the the field prevailing on both electrodes, which, according to the invention, has a similar effect promoting uniform crystal growth as the rotation of the seed crystal immersed in the melt when pulling crystals from the melt. This beneficial effect occurs not only when the electrodes are arranged horizontally or at an angle to one another. Also, a vertical support of the electrodes, even if they are then arranged coaxially with each other can lead to very uniform crystals that have grown as the electrodes rotate during Abscheidebetriebes. In this case, too, the mutual distance between the edge points of the electrodes fluctuates periodically around a mean value, so that the same behavior results for the arrangement of the electric field of the discharge and also for the other discharge influences.