DE1268599B - Verfahren zum Herstellen einkristalliner Staebe durch Aufwachsen aus der Gasphase - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

BOIj

Deutsche Kl.: 12 g-17/32

Nummer: 1268 599

Aktenzeichen: P 12 68 599.3-43

Anmeldetag: 27. März 1963

Auslegetag: 22. Mai 1968

Es ist bekannt, Halbleiterstäbe durch Abscheidung von Halbleitermaterial aus einer dieses Material enthaltenden chemischen Verbindung auf eine auf die Zersetzungstemperatur der Verbindung aufgeheizte einkristalline Seele zu erzeugen. Dabei ergeben sich in der Regel polykristalline Stäbe, die erst durch Zonenschmelzen in monokristalline Stäbe umgeformt werden müssen.

Im Zusammenhang mit einem derartigen Verfahren wurde auch schon eine geeignet orientierte einkristalline Seele verwendet. Es werden jedoch keine genauere Angaben darüber gemacht, welche besondere Bedingungen eingehalten werden müssen, damit sich das Halbleitermaterial in monokristalliner Form auf der Seele niederschlägt.

Derartige Bedingungen hat ein älterer Vorschlag zum Gegenstand. Danach soll einer z. B. durch Zonenschmelzen gewonnenen Seele durch eine mechanische Bearbeitung die Form eines regelmäßigen sechskantigen Prismas gegeben werden, dessen Achse parallel zur (111)-Richtung des Kristallgitters liegt und von dem eine Kante mit der (221)-Richtung des Kristallgitters zusammenfällt. Wenn man die so gewonnene Seele vor dem Aufwachsen ätzt, läßt sich ein praktisch über die gesamte Stablänge störungsfreies, monokristallines Wachstum erzielen.

Die so gewonnenen Stäbe werden durch Schnitte senkrecht zur Stabachse in Scheiben zersägt und diese, zertrennt in weitere Stücke, oder im ganzen zu Halbleiterbauelementen verarbeitet. Dabei wirkt es sich nachteilig aus, daß der von der gezogenen Seele stammende Kern der Fläche einen anderen spezifischen Widerstand hat als das um diesen Kern herum aufgewachsene Material. Dieser Sachverhalt stört vor allem dann, wenn die gesamte Querschnittsfläche für ein einziges Hochleistungsbauelement verwendet werden soll, weil sich dann unterschiedliche Stromdichten ergeben.

Zweck der Erfindung ist es, einen monokristallinen Stab durch Abscheidung von Halbleitermaterial aus der Gasphase zu gewinnen, der in allen Querschnittsbereichen den gleichen spezifischen Widerstand hat.

Die Erfindung bezieht sich somit auf ein Verfahren zum Herstellen einkristalliner Stäbe durch Aufwachsen von Halbleitermaterial, insbesondere von Silicium, aus der Gasphase einer dieses Material enthaltenden chemischen Verbindung auf eine auf die Zersetzungstemperatur der Verbindung aufgeheizte einkristalline Seele, die zuvor nach dem gleichen Verfahren gewonnen wurde.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß als Seele ein prismatischer Stab mit parallel zur (Hl)-Verfahren zum Herstellen einkristalliner Stäbe
durch Aufwachsen aus der Gasphase

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, 8520 Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Phys. Götz von Bernuth, 8000 München

Richtung liegender Achse dient, der aus der monokristallin aufgewachsenen Randzone eines dickeren Stabes so herausgeschnitten ist, daß sich als Querschnittsfläche ein gleichseitiges Sechseck ergibt, von dem entweder eine Ecke oder die Mitte einer Seite in der (221)-Richtung des Kristallgitters liegt.

Zum Stand der Technik gehört zwar der Vorschlag, für den Abscheidungsprozeß eine einkristalline Seele zu verwenden, die selbst ebenfalls durch Abscheidung von Halbleitermaterial aus der Gasphase auf einen anderen Trägerkörper gewonnen wurde. Mangels eines anderen Hinweises muß man annehmen, daß dieser Trägerkörper nach einem der damals bekannten Verfahren, z. B. durch Kristallziehen aus der Schmelze, durch das Lichtbogenverfahren oder durch Zonenschmelzen hergestellt wurde. Damit läßt sich aber der mit der Erfindung angestrebte homogene Querschnitt des durch Aufwachsen erhaltenen Gesamtstabes nicht erreichen.
Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden an Hand der Figuren erläutert.

Die Fig. 1 und 2 zeigen in zwei einander entsprechenden Rissen einen einkristallinen, noch stabförmigen Körper von kreisflächenförmigem Querschnitt, z. B. aus Silicium, wie er aus einem polykristallinen Siliciumstab unter Benutzung eines einkristallinen Keimlings an einem seiner Enden durch einen Zonenschmelzprozeß oder unter Benutzung eines einkristallinen Siliciumkörpers durch Ziehen aus einer Schmelze eines Tiegels jeweils in der (111)-Richtung der Kristallgitterstruktur erzeugt worden ist. An diesem Stab sind auch die jeweils bei der Erzeugung eines solchen Stabes an dessen Oberfläche, um 120° in der Umfangsrichtung gegeneinander versetzt, sich zeigenden Facetten la wiedergegeben.

Um einen solchen einkristallinen Stab so vorzubereiten, daß er als ein Niederschlagskörper benutzt werden kann, an welchem in seiner Querschnittsrich-

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tung ein einkristallines Aufwachsen weiteren Werkstoffes durch thermische Dissoziation einer als Dampfstrom zugeführten chemischen Verbindung stattfindet, wird der Körper 1 mindestens über denjenigen Teil seiner gesamten Länge, an welchem dieses Aufwachsen stattfinden soll, durch Oberflächenbearbeitung in die Form einer regelmäßigen sechskantigen Säule bzw. eines regelmäßigen Prismas gebracht, von welchem drei seiner um 120° gegeneinander in der Umfangsrichtung versetzten Kanten in den genannten Facettenteilen la liegen, und zwar etwa symmetrisch zu deren beiden seitlichen Begrenzungskanten, wie es die einander entsprechenden Risse nach den F i g. 3 und 4 zeigen, in denen diese regelmäßige sechskantige Säule mit 2 bezeichnet ist.

Diese sechskantige Säule wird nunmehr in das Reaktorgefäß gebracht, in welchem an ihr als auf die Zersetzungstemperatur der chemischen Verbindung beheiztem Körper, z. B. indem durch sie als Widerstandskörper ein entsprechender elektrischer Strom hindurchgeschickt wird, das Aufwachsen z. B. weiteren Siliciums durch thermische Dissoziation einer siliciumhaltigen chemischen Verbindung stattfindet. Am Ende dieses Niederschlagsprozesses bzw. Dissoziationsprozesses hat sich dann ein gewachsener einkristalliner Körper 3 nach den einander entsprechenden Rissen der F ig. 5 und 6 aus dem ursprünglichen Kernteil 2, welcher durch Ziehen aus der Schmelze eines Tiegels oder im Verlauf eines Zonenschmelzprozesses erzeugt worden war, und aus dem neuen einkristallinen, aus einer chemischen Verbindung durch deren thermische Dissoziation aufgewachsenen Mantelzonenteil 5 ergeben. Dieser neue Mantelzonenteil 5 ergibt sich an seiner Oberfläche wieder mit der Form eines Prismas bzw. einer regelmäßigen sechskantigen Säule. Die Kanten dieser sechskantigen Säule sind jedoch gegenüber denjenigen des Kernkörpers 2, der noch in seiner Ausgangsform an den Stümpfen 4, an denen kein Material in der Querschnittsrichtung aufwachsen konnte, vorhanden ist, um 30° in der Umfangsrichtung versetzt.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nun der Mantelzonenkörper 5 in Körper von der Form sechskantiger regelmäßiger Prismen zerschnitten, welche die Länge des Mantelzonenkörpers 5 haben. Das veranschaulicht in vergrößertem Maßstab gegenüber den vorausgehenden Figuren die F i g. 7 in einer Draufsicht, z. B. auf die obere Stirnfläche von 3 bzw. (4-5) für denjenigen Fall, daß diese Körper 6 mit einem Querschnitt ausgeschnitten werden sollen, der gleich demjenigen des Ausgangskörpers 4 ist. Als Leitkörper für das richtige Legen des entsprechenden Sägeschnittes wird der sechskantige Ausgangskörperstumpf 4 a benutzt.

Es kann jedoch nach der Erfindung auch derart vorgegangen werden, daß die aus der Mantelzone 5 geschnittenen säulenartigen Körper 6 eine kleinere oder eine größere Querschnittsfläche als 4 haben. So veranschaulicht z.B. die Fig. 8 das Ausschneiden säulenartiger Körper 7 mit einem gegenüber dem Querschnitt des Ausgangskörpers von 4 bzw. 4 a senkrecht zur Längsachse kleinerem Querschnitt.

Diese Körper 6 bzw. 7 werden nach diesem Schneiden durch einen Schleif- oder/und Ätzbehandlungsprozeß in die Form des regelmäßigen sechskantigen Prismas gebracht, auf welchem als Niederschlags-Ausgangskörper nunmehr wieder durch thermische Dissoziation aus einer chemischen gas- bzw. dampfförmigen Verbindung reiner Halbleiterwerkstoffe durch Niederschlag in der Querschnittsrichtung des einkristallinen Stabes aufgewachsen werden kann.

Das gesamte Volumen eines so gewonnenen Stabes ist nun nach dem gleichartigen einkristallinen Aufwachsprozeß erzeugt worden. Aus diesem Stab können nunmehr senkrecht zu seiner Längsachse plattenförmige Halbleiterkörper geschnitten werden, welche praktisch mit der gesamten Querschnittsfläche des Stabes ausgenutzt und z. B. für Dioden und Thyristoren verwendet werden können. Es ist damit die Gewähr gegeben, daß diese Halbleiterkörper über ihre gesamte Querschnittsfläche in der Durchlaßrichtung des Stromes einer solchen Halbleiteranordnung zwischen ihren Elektroden mit gleichmäßiger Aufteilung des gesamten Stromes auf ihre Querschnittsflächeneinheit arbeiten und diese Gleichmäßigkeit der spezifischen Belastung somit eine hohe Belastbarkeit der steuerbaren Halbleiterelemente bestimmt. Das ist offensichtlich ein wesentlicher Fortschritt gegenüber denjenigen plattenförmigen Halbleiterkörpern, welche bei gleichartiger Entstehung ihrer einkristallinen Struktur sonst nur gemäß F i g. 6 aus der Mantelzone 5 geschnitten werden könnten, oder wofür ein Aufwachsprozeß an einem Stab gemäß den F i g. 5 und 6 von wesentlicher größerer Querschnittsausdehnung bedingt sein würde.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen einkristalliner Stäbe durch Aufwachsen von Halbleitermaterial, insbesondere von Silicium, aus der Gasphase einer dieses Material enthaltenden chemischen Verbindung auf eine auf die Zersetzungstemperatur der Verbindung aufgeheizte einkristalline Seele, die zuvor nach dem gleichen Verfahren gewonnen wurde, dadurch gekennzeichnet, daß als Seele ein prismatischer Stab mit parallel zur (111)-Richtung des Kristallgitters liegender Achse dient, der aus der monokristallin aufgewachsenen Randzone eines dickeren Stabes so herausgeschnitten wird, daß sich als Querschnittsfläche ein gleichseitiges Sechseck ergibt, von dem entweder eine Ecke oder die Mitte einer Seite in der {221}-Richtung des Kristallgitters liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus einem einzigen dickeren Stab mehrere sechskantige Seelen mit gleicher Querschnittsfläche herausgeschnitten werden.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1102117.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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