DE1264400B - Device for the extraction of pure semiconductor material from the gas phase - Google Patents
Device for the extraction of pure semiconductor material from the gas phaseInfo
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Description
Vorrichtung zur Gewinnung reinen Halbleitermaterials aus der Gasphase Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Gewinnung eines reinen Halbleitermaterials, wie Silicium, durch thermische Dissoziation aus einer gas-bzw. dampfförmigen chemischen Verbindung, die den auszuscheidenden reinen Stoff als Komponente enthält, auf mittels elektrischen Stromdurchganges als elektrische Widerstandsleiter auf die Zersetzungstemperatur der chemischen Verbindung beheizten Niederschlagskörpern, bestehend aus einer vorzugsweise metallischen Grundplatte, welche Zu- und Ableitung für die Gase und für den elektrischen Strom zu den Trägern der Niederschlagskörper enthält, und aus einem darübergestülpten, am Rand mit der Grundplatte gasdicht verbundenen Gefäß.Device for the extraction of pure semiconductor material from the gas phase The invention relates to a device for obtaining a pure semiconductor material, like silicon, by thermal dissociation from a gas or. vaporous chemical Compound that contains the pure substance to be eliminated as a component on means electrical current passage as an electrical resistance conductor to the decomposition temperature the chemical compound heated precipitation, consisting of a preferably metallic base plate, which supply and discharge for the gases and for the electrical Current to the carriers of the precipitation body, and from a slipped over it, at the edge with the base plate connected in a gas-tight manner.
Bei einer solchen Anordnung ist es also vor jedem Niederschlagsprozeß erforderlich, die entsprechenden Niederschlagskörper, die meistens bereits aus einem gleichartigen, gereinigten Halbleitermaterial bestehen, also z. B. aus reinstem Silicium, in ihren entsprechenden Sitz in .dem Reaktorgefäß zu bringen und nach Vollendung des erwünschten Niederschlagsprozesses reinen Halbleitermaterials die Niederschlagskörper wieder mit dem nunmehr aufgewachsenen Halbleitermaterial aus ihrem Sitz zu entfernen.With such an arrangement it is before every precipitation process required the corresponding precipitation body, which usually already consists of a similar, purified semiconductor material exist, so z. B. from the purest Silicon, in their appropriate seat in .dem reactor vessel and after Completion of the desired precipitation process of pure semiconductor material Precipitation body again with the now grown semiconductor material remove their seat.
Hierbei muß aber jeweils dafür Sorge getragen werden, daß die Niederschlagskörper ebenso wie das gereinigte Halbleitermaterial so behandelt werden, daß sie nicht verunreinigt werden können, denn es dürfen keine Verunreinigungen in dem Reaktorgefäß an die Oberfläche des Halbleitermaterials bzw. der Niederschlagskörper und an das inzwischen auf diese aufgewachsene Halbleitermaterial gelangen, da diese entsprechenden unerwünschten Stoffe dann in das aufwachsende Material eingebaut werden würden. Selbst solche nur an der Oberfläche der Niederschlagskörper oder des aufgewachsenen Materials angelagerten Verunreinigungen können schädlich sein, da sie durch Eindiffundieren, insbesondere bei hohen Temperaturen, in den Halbleiterkörper hineinwandem können und bei einer Verarbeitung des Halbleitermaterials zu Halbleiterkörpern bzw. -platten für elektrische Halbleiteranordnungen dann die für diese Verwendung vorauszusetzenden technischen bzw. elektrischen Güteeigenschaften nicht mehr aufweisen würden, so daß sie also unbräuchbar sein würden.Here, however, care must be taken that the precipitation body as well as the cleaned semiconductor material are treated so that they are not can be contaminated, because there must be no contaminants in the reactor vessel to the surface of the semiconductor material or the precipitation body and to the in the meantime get onto this grown-up semiconductor material, as this is appropriate undesirable substances would then be incorporated into the growing material. Even such only on the surface of the precipitation or the grown Contaminants accumulated in the material can be harmful as they diffuse in, especially at high temperatures, can wander into the semiconductor body and when processing the semiconductor material to form semiconductor bodies or plates for electrical semiconductor arrangements then those to be assumed for this use technical or electrical quality properties would no longer have, so that they would therefore be unusable.
Es ist z. B. bereits vorgeschlagen worden, solche Niederschlagskörper in eine besondere Fassung mittels', schellenartig wirkender Teile durch eine Schraubverbindung einzuspannen. Hierdurch sind aber dann sinngemäß Schraubenschlüssel oder ähnliche Werkzeuge aus Metall erforderlich, um die Einspannung vornehmen zu können. Reste dieser Metalle können aber dann später im niedergeschlagenen Material unerwünschte Verunreinigungen bilden.It is Z. B. has already been proposed, such precipitation bodies in a special version by means of 'clamp-like acting parts through a screw connection to clamp. As a result, however, wrenches or similar are then analogously Metal tools required in order to be able to make the clamping. Leftovers However, these metals can later become undesirable in the precipitated material Form impurities.
Mit der vorliegenden Erfindung soll daher die Aufgabe gelöst werden, daß beim Einsetzen und beim Wiederherausnehmen der Niederschlagskörper aus ihrem Sitz in dem Reaktorgefäß keine besonderen Werkzeuge notwendig sind.The present invention is therefore intended to solve the problem that when inserting and removing the precipitate from their No special tools are necessary in the reactor vessel.
Diese Aufgabe läßt sich nun lösen, indem erfindungsgemäß die Niederschlagskörper in ihren Trägern nur über konische Steckverbindungen eingesetzt sind. Bei einer solchen Steckverbindung werden die beiden in gegenseitige mechanische und elektrische Verbindung zu bringenden Körper bis zu ihrem gegenseitigen Anschlag bzw. ihrer gegenseitigen Anlage aneinandergedrückt und dann noch um einen geringen Winkel um ihre Längsachse gedreht, um, selbstverständlich bei einer vorausgegangenen Bearbeitung der jeweiligen Innen- und Außenmantelfläche für die genaue Passung, einen einwandfreien elektrischen und thermischen Übergang zwischen den beiden Körpern und gleichzeitig einen einwandfreien mechanischen Sitz zu erlangen.This object can now be achieved by the precipitation body according to the invention are only used in their carriers via conical connectors. At a such a connector, the two are mutually mechanical and electrical Connection to be brought body up to their mutual stop or their mutual System pressed together and then at a small angle around their longitudinal axis rotated to, of course, with a previous processing of the respective Inner and outer surface for the exact fit, a perfect electrical and thermal transition between the two bodies and at the same time a flawless one mechanical seat.
Auch die Träger sind an ihrem anderen Ende über konische Steckverbindungen mit der Grundplatte verbunden: Die Niederschlagskörper können natürlich auch direkt in die Grundplatte eingesteckt sein.The other ends of the supports are also connected via conical connectors connected to the base plate: The precipitation bodies can of course also directly be inserted into the base plate.
Mindestens eine der konischen Steckverbindungen zwischen einem solchen Träger und der metallischen Grundplatte muß aber mit Rücksicht auf die elektrische Stromführung elektrisch gegen die Grundplatte isoliert sein.At least one of the conical connectors between such Carrier and the metallic base plate must be taken into account for the electrical Power supply must be electrically isolated from the base plate.
Das hierfür benutzte Isoliermaterial,- vorzugsweise Tetrafluoräthylen, darf aber thermisch nur insoweit beansprucht werden, daß dieser Stoff genügend mechanisch beständig bleibt und keine den Raum des Reaktionsgefäßes verunreinigenden Dämpfe abgibt. Daher soll die Grundplatte durch abhängig von einem in oder an der Grundplatte vorgesehenen Thermofühler thermisch geregelte Kühlung auf einer für das Isoliermaterial unschädlichen Temperatur gehalten werden.The insulating material used for this purpose, - preferably tetrafluoroethylene, but may only be thermally stressed to the extent that this substance is sufficiently mechanical remains constant and none of the space of the Contaminating the reaction vessel Gives off fumes. Therefore, the base plate should depend on one in or on the Base plate provided thermocouple thermally controlled cooling on a for the insulating material can be kept at a harmless temperature.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird nunmehr auf die Figur der Zeichnung Bezug genommen. 1 ist eine metallische Grundplatte, die z. B. aus Silber oder versilbertem Stahl bestehen kann. Sie ist mit Kühlkanälen 2 versehen, durch welche eine Kühlflüssigkeit hindurchgeschickt werden kann. An der metallischen Grundplatte 1 ist ein Wärmefühler 27 angedeutet, der über einen geeigneten Meßwertumformer seinen Meßwert in einen Regelkreis schickt, durch welchen der Durchlauf der Kühlflüssigkeit durch die Kanäle der Grundplatte 2 entsprechend gesteuert und geregelt wird, um die . Grundplatte 1 eine obere Grenzwerttemperatur nicht überschreiten zu lassen.For a more detailed explanation of the invention, reference is now made to the figure Reference drawing. 1 is a metallic base plate which, for. B. made of silver or silver-plated steel. It is provided with cooling channels 2 through which a cooling liquid can be sent through. On the metallic base plate 1, a heat sensor 27 is indicated, which is via a suitable transducer Sends the measured value to a control loop through which the coolant flows is controlled and regulated accordingly through the channels of the base plate 2 to the . Base plate 1 not to allow an upper limit temperature to be exceeded.
Zur Bildung des Reaktionsraumes ist auf die obere Fläche der Platte 1 ein glockenförmiges Gefäß, z. B. aus Quarz, mittels seines Flansches 17a über einen Dichtungskörper 18 aufgesetzt und festgespannt, was nicht besonders angedeutet ist.To form the reaction space, a bell-shaped vessel, e.g. B. made of quartz, placed by means of its flange 17a over a sealing body 18 and clamped, which is not particularly indicated.
Die beiden Niederschlagskörper, auf welchen aus der chemischen Verbindung das Halbleitermaterial, also z. B. das Silicium, abgeschieden werden soll, bestehen in diesem Fall aus den dünnen Stäben 19 und 20, also ebenfalls aus Reinstsilicium, die über ein elektrisch leitendes Brückenstück 24 aus Graphit bzw. Spektralkohle an ihren oberen Enden miteinander mechanisch und elektrisch verbunden und auf diese Weise gleichzeitig auch gegeneinander abgestützt sind, wofür eine nicht besonders angedeutete jeweilige Steckverbindung zwischen dem Brückenstück und dem Ende jedes der Niederschlagskörper benutzt sein kann, indem die oberen Enden von 19 und 20 entsprechend konisch gestaltet sind und in entsprechende angepaßte konische Aussparungen von 24 eingeführt sind. Die unteren Enden der Stäbe 19 und 20 sind ebenfalls konisch gestaltet, und zwar derart, daß sie mit gegenseitiger Passung in eine entsprechende der konischen Gegenaussparungen 13 in dem Träger 12 bzw. 15 eingeführt bzw. eingesteckt werden können.The two precipitation bodies on which the semiconductor material, ie z. B. the silicon is to be deposited, in this case consist of the thin rods 19 and 20, also made of high-purity silicon, which are mechanically and electrically connected to one another at their upper ends via an electrically conductive bridge piece 24 made of graphite or spectral carbon, and to this Way are also supported against each other at the same time, for which a not particularly indicated respective plug connection between the bridge piece and the end of each of the precipitation bodies can be used by the upper ends of 19 and 20 are correspondingly conical and are inserted into corresponding adapted conical recesses of 24. The lower ends of the rods 19 and 20 are also designed conically, in such a way that they can be inserted or inserted with a mutual fit into a corresponding one of the conical counter-recesses 13 in the carrier 12 and 15, respectively.
Die Träger 12 und 15 bestehen ebenfalls aus sehr reinem Graphit bzw. Spektralkohle. Jeder dieser Halter 15 bzw. 12 ist seinerseits an seinem unteren Ende ebenfalls wieder konisch gestaltet für ein Einstecken bzw. Einführen mit Passung in eine konische Aussparung 14 bzw. 11 in. der Grundplatte 1.The supports 12 and 15 also consist of very pure graphite or spectral carbon. Each of these holders 15 and 12 is, for its part, likewise again conical at its lower end for insertion or introduction with a fit into a conical recess 14 or 11 in the base plate 1.
Es wird also kein Werkzeug benötigt, um 15 und 12 aus ihrem Sitz zu lösen oder in 14 bzw. 11 einzusetzen, was in gleicher Weise sinngemäß auch für 20 in 13 von 15 sowie 19 in. 13 von 12 gilt.No tool is therefore required to release 15 and 12 from their seat or to insert them in 14 or 11 , which applies in the same way to 20 in 13 of 15 and 19 in 13 of 12.
Der Einsatz 5 für den Träger 12 ist gleichzeitig als Anteil einer elektrisch isolierten Durchführung in Kanal 3 ausgebildet für die Zuleitung des elektrischen Stromes, der seinen Weg von 8 zum Körper 5 nimmt, auf welchem 8 zwischen den Gewindemuttern 6 und 9 festgespannt ist, die auf das Schraubengewinde 5a von 5 aufgeschraubt sind.The insert 5 for the carrier 12 is at the same time designed as part of an electrically insulated bushing in channel 3 for the supply of the electric current, which takes its way from 8 to the body 5 , on which 8 is clamped between the threaded nuts 6 and 9, the the screw thread 5a of 5 are screwed on.
Zur elektrischen Isolation von 5 gegenüber der Grundplatte 1 dienen die aus Polytetrafluoräthylen bestehende Isoliermaterialbuchse 4 und die Isoliermaterialscheibe 7. Der elektrische Anschlußkörper 5 ist in seinem unteren Teil mit einem Hohlraum 5b versehen, durch welchen hindurch mittels des Zuleitungsrohres 10 gemäß den eingetragenen Pfeilen ein Kühlmittel hindurchgeschickt werden kann.Serve for the electrical insulation of 5 from the base plate 1 the insulating material bushing 4 made of polytetrafluoroethylene and the insulating material disc 7. The electrical connection body 5 is in its lower part with a cavity 5b provided, through which by means of the supply pipe 10 according to the entered Arrows a coolant can be sent through.
Die zweite elektrische Zuleitung zu den elektrisch zu beheizenden Niederschlagskörpern ist mit 26 bezeichnet. Sie ist mittels der Kopfschraube 25 an dem Grundplattenkörper 1 befestigt. 21 bezeichnet die Gasstromzuleitung zum Innenraum 22 des Reaktors, 23 die Gasstromableitungen aus diesem Gefäß.The second electrical lead to the electrically heated Precipitation bodies is denoted by 26. It is by means of the head screw 25 attached to the base body 1. 21 denotes the gas flow feed line to the interior 22 of the reactor, 23 the gas flow discharges from this vessel.
Auf die obere Fläche der metallischen Platte 1 ist die Wärmeschutzschirmplatte 16, die z. B. ebenso wie die Glocke 17 aus Quarz bestehen kann, aufgelegt. Sie schirmt die obere Fläche der metallischen Grundplatte 1 und insbesondere auch die elektrisch isolierende Durchführung gegen die Wärmeeinstrahlung von den glühenden Niederschlagskörpern 19 und 20 ab. 16a bis 16c bezeichnen die Bohrungen der Wärmeschutzplatte 16 für die verschiedenen Durchführungen.On the upper surface of the metallic plate 1 is the heat shield plate 16, the z. B. as well as the bell 17 can be made of quartz, placed. She shields the upper surface of the metallic base plate 1 and in particular also the electrical one insulating bushing against the heat radiation from the glowing precipitation 19 and 20 from. 16a to 16c denote the holes in the heat protection plate 16 for the different implementations.
Claims (4)
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