DE1619973A1 - Verfahren zur Herstellung von Silicium - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von SiliciumInfo
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Description
Verfahren zur Herstellung von Silicium«,
Die -Erfindung; "betrifft ein Trerfahren zur Herstellung*von Silicium,
insbesondere für Halbleiterβ
Silicium vird in-weitem Umfange als Halbleitertaaterlal verwendete
Ea gibt verschiedene Terfahron, um ein eolches Uaterial in bandeleüblichsn
Mengen herzustellen,. In der Regel verwendet raan hierbeieinen
Körper aus Silicium von hoher Reinheit sls Ausgangselement«
Bann läßt man Siliolum von ebenso hoher Reinheit auf diesem Element
auf«achaen durch Niederschlagen sue dem Daapf einer aereetabaran
Siliciuroverbindungo Da die Zersetzung der 3iliciumverbindußg Ibei
höherer Temperatur stattfindet, imfl man daa aua Siliclsua bsatahaada
Element auf diese Teoperatur arhitaen. Gewöhnlich verwendet asan
hierzu eine elektrische Halsunga Silieiui» heher Reinheit h&t aber
bei Kcvtimtemperatur einen hohen elektrisoheri Widers toad. Dieser Wider»
3tand nirafflt bei Erhönufig A&s T^p«ratur echnell ab, Sa ist als« *r~
fov4tirlich, eine zusätsliohs Snar/yiequalla vorsuaeb^, dß^oh welch»
der Siliciurakörpdr ait hohes 'Widerstand sunäohst v©n
auf eine erhöhte Tesperatar aufg«haist wird, bei »alehasr er
LTgitiö.h.i<j ist, um aittals ainee elefctriechen Stroaea auf die
vrünschte Zersetaun^itemparatux «rhitat au »ardsn«
Man kann diese ausrätaliehs Saärgie Äufbringan döpefe An®a(tsafi «insr
sehr hohen Spannung direkt aadea IRSrper aus dssa hsoh relasa 3ilieiuB9
ua selns Teapgyatur »a arhöhsn pnd meinen litäsrntmiü
Ess ist farner bsksmnt, ©insn KÖrpäss· maa Silisiiaa fe«hea
diirch ijtrahlun/? ^an außan aufanahelaano Bl®sa Siyaliluag aaH ©.tarfc ^*
sein, ua de» Körper so^öit su arwtosan, daß sr «is@a Hos^salsa
Stres ieittät» Ein wsifcsr©® Tayfatesa bus toffesis®a =t©s
t - tlsu»iag daß as» iha lsi BsKtiteöfiu sit eäsöra
BAD
1613973
ist und daher elektrisch aufgeheizt werden kanne Diese und andere
bekannten Verfahren haben den Nachteil, daß sehr hohe Energiemengen
gebraucht werden, um den Körper aus Silicium lediglich bis auf die
ZersetEungste&peratur aufzuheizen»
Ein Ziel der Erfindung ist ein Verfahren aur Herstellung f«n Silicium
auf eine neue Art.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist ein wirtschaftlich®» und praktisches
Verfahren zur Herstellung von Silicium für Halblaut?»
Das erflndungsgeaäSe Verfahren betrifft insbesondere dme Aufhalsen
τοπ hoch reinem Silicium von Hauateaperatur bis auf siu# aölofe»
dftß Däiapfa von Siliciumverbindungen sswaska Ablagerung von Sillol*» ser
aetzt werden« ohne daß hierbei große Knargiemesgaii banötigt wertton·
Erfindun ja gemäß verwendet man einen Stab #aa Siliolam, auf 4#«**a
fläch» länßewelse eine leitend* Schicht ßag«ordii«t ieti 3Citt«l«
Schioht wird der fjeeaiat« Stab aohoa bsi Raiarät^p»¥»twr wsA
Spannungen leitend,» -
Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung nines
zur Entfernung der leitenden Schicht, nachdna der Silis,iuffi»'t»fe dls
wiinschto höhere Teaperatur arreioht hat.
Die Erfindung betrifft ferner geeignete Verfahren «um Aafbring^n der
laitentlan Schicht auf den. Stab: aus Slllcina»
Der mit dar leitenden Schicht versehene Sllioiuxistati k»fl» ®hae
'au großer:...Ener:Ojiaaen#»h von Rauiateraper^tur auf die
der fltiohfci.^en Siliciufflverblndun^ erhitsb werden«.
In lan;^isiehmingen·.: sind ainige Auafiihrun«?sfora»n άβτ Brfindan?
ίΙϊίιΪΏϊϊ f
BAD ORIGINAL
DieFiguren 2"-tjnd 2a zeigen zwei verschiedene Körper aus Silicium
in bestiiEaten Stufen des Verfahrens«,
Die Sri indun-!* botrifft ein Verfahren zur Herstellung von Silicium^
d&a als Halbleiter in Transistoren, Gleichrichtern,Photosellen
und ähnlichen Elementen, Vorrichtungen und Schaltungen verwendbar
ist. Hierbei wird das bekannte Verfahren verwendet 8 Siliciua aus
einer fjaeförwigen Siliciunrverbindunff niederzuschlagen, wobei die
Hiederschlagstemperatur auf einen Kern aus Silicltus von hoher R*iaheit-aufrechterhalten wird« :
ErfindungsgeeMB verwendet aan hierzu ein Element aus hochreinem
giliciuF. Auf diese» Element bildet man eine leitffthige Schicht,
Ba (laß ein leitfähiger Halbleiter entsteht· Ifan erhitst d»n Körper
elefctriscli auf eine erhöht· Temperatur t entfernt cLie leitfühlc«
5cMcht und schl%t dann auf den Kern das hftlbleitende Material ,
nieder. : , '':.■"- -.;; /;V : ."-.""-■ :\ - -f ' -- ;";: -""■""'■- '
Die leitfähi^e Schicht bildet «aif eine« SiiiaitMtaW ein«ft τ»η
einem zum anderen Ende liaffsweise verlauf *aä*n imlUet ttix &«ktri«i>
tiitc Bas leitende Material soll in solchen Venj^en vorhanden stin,
daß der Stab schon bei niedrigen Spannunijen und bei Eaunteaperattir
leitfähiff ist.-/ /.. .:'■■ ■ : ; -:;■"■ ;; --; : :. ■: :.■-,. ./ - ■■"'■ l·': .' '_■._
Ein TtoBentlioher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß pur nur
sehr geringe Kengen, etwa i/ioeetel der bisher benötigten lfenge
von.elektrtsciier Energie braucht, um einen Stab aus Silioixui ven
Raunteiaperatur auf die XpTtahrenstemperatur su erhitsen.
Verfahrens· Die Figuren 2 und 2a sind sohematieohe Wiedereinoa Siliciuakörpera bei einer beBtiamten Stuf« des Terfahrens»
Man "beginnt tait einem Siliciumstab höher Reinheit, der entweder nach
dem erfindttngsgamäQen Verfahren oder durch Wachsen aus einer Schmelze
von Silicium■;.hergestellt Trerden kann0 Der als Ä.uegangfseaterial ver-
.'" _" ~~ . '-.'-,. ■■.-.·"'"■■ ■.■■-."■"■ .v """'■■■ "*. "."■-". **4-00^8387170^
wendete Stab aus Siliciu» hat einen sehr hohen spezifischen Widerstand von etwa Too Ohm-cm und einen elektrischen Widerstand van
ettra 2cooo Ohm»
Vorzugsweise verwendet man das Silicium in Pore eines Stabese Ea
keimen aber auch andere Ausgangseleaente verwera&et warden, beispielsweis© Scheiben, Plattep oder dergl«
Beim ersten Verfahrenasohritt bringt man avf den Slliciumetab eiaa
Schicht von leitendes Material auf« Die Maas» dies·* Materials anfl
/jenüg-end sein, um den Stab bei ftaomteaperavtur leitfähig se «achesu
Hierdurch wird der Widerstand des Stabes «of einen Wert voa etwa
i/ioostel des ursprünglichen herabgesetzt« Torsugswalse bringt Mta
das leitfähig Material in LgngaTichtung anf dam Stalte an, so da*
ein sueamaenhBngander Pfad, für dab elektrischen ätros t®a eine* Sode
aua anderen des Stabea entateht· Bei« Anait»«n eines Syanm&ag ISuft
d#r Strom aleo dam Stab· «ntlaae, ; . .
Als tlbereujaaateriAl kann ei»
nach dem Erhitaen Aas Stabes leient entfalmt vevA«a tatam· Beia]ii«le
solcher leitenden Stoffe sind Phosphor, Ber, Ju^imon, Axsea,
Gallium, Indius, Sian und der$l· >
.
Das leitfähig» Material kam ami den Stab la üblicher Welae
bracht «erdea. Mut kann b.B. aaefa de« DiffuiionarerfalireÄ axteaitea,
nan kann die stoffe «ufaprühen oder derch elektrisches Flattieren
aufbringe». Andere an sieh bekannte Verfahren sind blersa ebenfalls
verwendbar. Daa EindlffundiereR von leitenden Teroarglnigongen wie
Phosphor und Bor in den Stab ist besonders vorteilhaft für die Bildung
der leitf eMgen Schioht* Ski kann after auen Kotalle direkt «of dan
Stcb aafbrin^vn· So kanu nan beispieleweise Zins eof Aem 9te>b «nf«
Bprühan. Sts@ii80 kann das Terfahren der etroeloaea Plattl^nuaff verwendet werd@ne
Dia Figwsii 2 nsA 2a «eigen den Siliciuakörpex alt der auf gebrachten :
laitondsa Schisst» BIe Fi^. 2 aei^t eine Ausführanjafer», bei weloher
-5-
' BAD ORIGINAL
die leitende Schicht durch eiadif fundierte Verunreinigungengebildet
wird· In dieser Figur wird de? Slllciuastab adi 1o bezeichnete
Das die leitenden Verunreinigungen enthaltende Gebiet
ist mit 11 bezeichnet» Sas (tablet 11 ait den Verunreinigungen
erstreckt sich längsweise über den ganaen Körpero
Each der Figo 2a 1st die leitende Schicht so auf de» Stab· angeordnet,
daS ein Teil seines Durchmessers vergrößert Ist«'Di···
Ausführunffsforsa wird vorgesogen. Man kaum aber auch «inen Teil der ■
leitenden Schicht 12 sich im den Stab hinein erstrecken 1&ββα&,
oder man kann die Schicht den Stab umgeben lassena Bbesju» braucht
auch die leitende Schicht 11 naoa Fij» 2 nioht den gaasea Anfang
des Stabes au umfassen.
ihn auf die .setrüneehte Tesfadpaitaar se ^»ingaai· ϊ|β«β sasa s?as
einen durch<^5leitet«n elektrlsshsn Strea νβτ««»6β
setzungsteaperfttu? »a heltea9 Has erhitst sleö^'deß Silisiiossta.'b «af
eine erhöht® Ssafag'e.tur v©a ϊί®1β|>1βϊ«β·1·» ^m -lii» 4*
weise ßiäf H@@© Ms 12oo°S0 Biese Teapar&tts^ tan» öl® »®lb® aeia
der TeJBpe^stnr»; b«i
wird» .■■■■/■■■■ : '
entfesiit msn &%» 1*1 tend* Schicht: dnsrebyiü&te&m. Bit ββ·*
Die Temperatur isaS hierbei ©a feoeh »©ia, dag äai
Sue Abätses, -r®n?ö^!©§ mm ^m:mi$m*±M» ein
alt »iaeiB ina?t®» ©aa wie
•lenentee»
BCl vorzuziehen ist· In de? Regel genügt schon ein geringer Gehalt
von HCl in Wasserstoff bei einer Temperatur τοη etwa 1ooo bis I2ooe
um die gesamte leitende Schicht in kurzer Zeit zu entfernen·
Die leitfähig« Schicht muß so dünn sein, daß sie leicht entfernt
werden kann, ohne den Durchmesser des Siliciumstabes asu verringern·
Sie muß ferner so dünn sein, daß das Abätzen nit Gar^kaine «u lang·
Zeit in Anspruch nimmt· In der Re^eI genuin Schichtdicken τοα etwa
2 bis 2o Mikron) die Schichten können aber auch dickejr oder dünner
ssin, vas von der Art des leitenden Materials, tob Xtamittel und τοη
der Temperatur abhängt.
Wach dem Entfernen der leitenden Schicht kann Silicium au· der Dampfphase abgeschieden «erden· Hierzu können beliebig« Vorrichtungen und
chemische Systems verwendet werdenο Man kana s.B« alt eine» Reaktor
für Silicium arbeiten, in weichest einer oder nehrer« Stäbe au« Silieiua
angeordnet sind und elektrisch in Gegenwart fines Oases geheist werden*
So läßt sich Ίδ·Β· eine Vorrichtung verwenden* die τολ Theuerer in der
Zeitschrift "Bell I*bs Reoord«, September 1?55r Seiten 327-33o beschrieben wurde. Andere ähnliche Vorrichtungen sind ebenfalls in der
Literatur beschrieben. Da« reagierend· 3j«te« gesteht übliohtrw·!··
aua einen Oeaisoh einer Silioiumverbisidang, Toreufreweise ein·» Silioitsehalo<*enido0 wie Siiiaiuntetraehlorid oder Slllciusohlorefon alt Wasserstoff 0 Dieses Gasgemisoh wird über den erhitzten SilioiuKstab geleitet,
wobei elemontares Silicium auf ihm anwächst·
Ee lassen sich natürlich auch andere hal?"üitesd· Stoff« auSer Silieimi
, auf die beschriebene Art herstellen.
Verwendet wurde ein Stab aus hochreinen Sliioitt» mi% «iner LKn^· τοη
91 ca und einem Durchmesser τοη fm. Ber Stab hatte «inen «peaificohen
Widerstand τοη ioo Ohjt«cm und einen elektriaohen Wideretaaä von
«o.ooo QhKe Mti bracke den Stab in einen Diffusientofen bei 1t?«°C. Sana
BAD ORiQlNAL
gab man eine Quelle für Phosphor au und ließ sie während 2 Stunden
in Berührung mit dem Stabe. Hach dieser Zeit «ar der Stab längeweise
bis asu einer Tiefe von etwa 5 Mikron mit Phosphor dotiert. An der
21 3
•lektrieche widerstand des so behandelten Stabes lag bei etwa $6 Oh*.
Dann erhitzte nan den Stab durch länssweises Hindurchleiten eines
Stromes mit einer Spannung von etwa too Y auf eine Temperatur von
etna 11oo°C. Hftch Erreichen dieser Temperatur leitete lan Wasserstoff
alt einenr Gehalt von etwa Zf>
WX über den Stab. Praktisch die gesamte
leitende Schicht tear nach etwa 15 Minuten abgeätzt. Dann leitete nan
ein Gemisch von Wasserstoff mit 1o# Siliciumchloroform über den Stab
und ließ das abgeschiedene Silicium aufwachsen»
Auf «inen r>iliciurastabf wie er in Beispiel I beschrieben war,
ein leitfähiger Streifen von Zinn aufgesprüht. Die Dicke des Streifens
betrug etwa 1o bi· 2© täkrdn» Däaa Terfuhr man weiter se wie ea la
Beispiel I beechriete«n
"Der Sesenstand der Erfindunfif ist nicht beMhpSfe&t auf d£@ im Um. Bei»
spielen wiedergesehenen AusfÜhrunssformen· .
BAD ORIGINAL
Claims (4)
1· Verfahren zur Herstellung τοη halbleitendea Material hoher Reinheit unter Vervendung eines Ausgangeelemente hub dieaea Material,
dadurch gekennzeichnet, daB nan auf dea Ausgangselement (to) ein·
leitende Schicht (11, 12) bildet, dag man den so entstandenes Korper
elektrisch auf eine erhöhte Temperatur bringt, daß man datm die
leitende Schicht entfernt und auf den Körper das halbleitend· Material
niederschlägt*
2ο Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daB man al·
halbleitend··1 Material Silicium verwendet.
t Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daB man als Ausgangaelewent einen Stab tor Silicium Terweadat, und die leitend·
Schicht lSngsweice auf diesen Stab aufbringt«
4. Verfahren nach eines der Anspruch« 1 - 3, dadurch gekefmseiohMt, &*β
«on τοη d«e arhitsten Stab· dl· !«IWaA· Schlont «ereh ItMn alt
Gas entfernt· ' \ ' "
^* Verfahren nach einen der Anspruch· 1-4, dadarCB e«k«iBU«lelaMtt das
man die leitend· Schicht durch Mffaalen, AsfspxUbett ·4«τ »trial····
Plattieren bildet. -
6» Verfahren nach eine» der Aneprüoh· 1 - % dbAareh 9»k«wia»lo1aaTt9 ü»A
aan den mit der leitenden Schicht Tersshmten Eurp«r eof 9— - i3««eC
erhitst und dann die leitende Schioht mittels eia»· HDl «ad HaeMV·
stoff enthaltenden Oases abatist, - ~
7· MIttel zur Darehftihrung des Verfahrens naoh einem der JLmsprüen· 1 - 6,
bestehend aus einem Körper aus Silicium mit einer IBagsw·!·· Aarauf
Terlaufenden leitenden Schicht.
- ' - ■ BAD OHIQIMAL
009838/1T05
θ ο Mittel nach Ansprach I9 dadurch gekexmaelelmet, d*B Ä*r fffirpss»
mit de? leitenden Schicht eineia elektrischen Widersi&sd -vea
etva t/1 Qostel dee Widerstands hst, Sas der Körper ohne die
Schicht besitzt.
9« Mittel nach Anspruch ? oder 8B d&dnroh gekcnsnseichnet, das die
leitende Schicht eine Sicke voa atwa 2 bis .to KLkren ImW
Mittel Mich eines der Ansprüche 1 « 9» dadurch -geketsaseieSaet, dag
die leitende Schicht asf defei Silioiim*tel»e eindifftinSiesrt«
enthält ·
ο Mittel.,nach eiaes der Anspruch» 7-9» dadoreh e*«aaseichaet,
die leitend© Schicht auf des Silieiusstab« ess eines fetall besteht·
009838/17-05 ßAD
L e er seife
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
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