DE1228235B

DE1228235B - Verfahren zum Herstellen einkristalliner Staebe aus Siliciumcarbid

Info

Publication number: DE1228235B
Application number: DES89788A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Chem Dr Julius Nickl
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1964-03-02
Filing date: 1964-03-02
Publication date: 1966-11-10

Description

Verfahren zum Herstellen einkristalliner Stäbe aus Siliciumcarbid Dieser Verfahren stellt eine vorteilhafte Kombination des bekannten, insbesondere zur Herstellung von Rubinen zur Anwendung kommenden Verneuilverfahrens, bei dem die feinverteilten Ausgangsmaterialien in so kleinen Mengen kontinuierlich oder schubweise auf die mittels einer Knallgasflamme hocherhitzte Spitze eines senkrecht stehenden Keimkristalls aufgebracht werden, mit dem bekannten Verfahren zum Herstellen von Siliciumcarbid in feinkristalliner Form durch Pyrolyse eines stöchiometrischen Gemisches von gasförmigen Verbindungen der Komponenten dar.
Mit Hilfe des Verfahrens nach der Lehre der Erfindung lassen sich einkristalline Stäbe aus Siliciumearbid herstellen, die sich durch eine gute Kristallperfektion auszeichnen. Derartige Stäbe können sowohl zur Herstellung an sich bekannter Halbleiterbauelemente, wie Transistoren, Gleichrichter oder Fotoanordnungen als auch zur Herstellung von Lasem oder Heizleiterstäben verwendet werden.
Das beanspruchte Verfahren, bei dem ein Gemisch aus gasförmigen Verbindungen der Komponenten in Gegenwart eines Trägergases an einem Siliciumcarbid-Einkristall thermisch zersetzt wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß man in an sich bekannter Weise die Ausgangsmaterialien im stöchiometrischen Verhältnis in kleinen Mengen kontinuierlich oder schubweise auf die mittels einer Knallgasflamme hoch erhitzte Spitze des senkrecht stehenden Keimkristalls aufbringt.
Als Ausgangsmaterial könnenentwedergasförnüge Halogenide der Komponenten in einem Mischungsverhältnis, das der stöchiometrischen Zusammensetzung von Siliciumcarbid entspricht, verwendet werden oder aber siliciumorganische Verbindungen, die eine Si-C-Bindung im Molekül enthalten. Es hat sich gezeigt, daß sich hierfür nicht nur Substanzen wie SiC13 - CH3, SiHCI2 - CH., sondern auch solche Substanzen eignen, die außer Kohlenstoff, Silicium und Wasserstoff auch noch Sauerstoff im Molekül enthalten, wie z. B. CH,3 - S' - Cl2 - OCH,' Weiterhin sind als Ausgangsmaterialien Gemische aus Silicium-und Kohlenwasserstoffen bzw. aus den entsprechenden Halogenderivaten, wie CCIP CHCl3 oder CHBr. oder SiHC13 und SiC14 oder SiBr4, geeignet. Es ist dabei lediglich auf das Mischungsverhältnis zu achten, das auch in diesem Fall der stöchiometrischen Zusammensetzung des erwünschten Reaktionsproduktes entsprechen muß.
Als Trägergas ist Wasserstoff bevorzugt geeignet. Der Anteil der earbidbildenden Verbindungen liegt vorteilhaft in einem Bereich von 0,01 bis 60 Volumprozent im Gasgemisch.
Der für die Durchführung der Siliciumearbidabscheidung günstigste Druckbereich liegt zwischen 0,1 und 10 at.
Um die für das Aufschmelzen der auf den Keimkristall gelangenden Partikeln notwendige Temperatur von etwa 1450 bis 1700' C zu erreichen, ist es vorteilhaft, eine Chlorknallgasflamme zu verwenden.
Bei einer speziellen Ausführungsforin des Verfahrens gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß dem Reaktionsgas in bekannter Weise Dotierungsstoffe in Form gasföriniger Verbindungen, beispielsweise von Halogenverbindungen wie A1C13 oder Al-organischen Verbindungen beigefügt werden.
Nähere Einzelheiten der Erfindung gehen aus dem an Hand der Figur beschriebenen Ausführungsbeispiel hervor.
In der Figur ist eine zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung geeignete Anordnung schematisch dargestellt.
Diese Ausführungsform sieht die Verwendung einer Chlorknallgasflamrne vor. Ein an seinem unteren Ende fest eingespannter Keimkristall 1 aus Siliciumcarbid, der eine Länge von etwa 3 mm und einen Durchmesser von annähernd 1 mm besitzt, ist in einem Schutzrohr 2 aus einem hochfeuerfesten Material untergebracht. Der Kristall kann dabei durch geeignete Ausbildung der Befestigungsvorrichtung 3 nach unten abgesenkt werden. Die Zuführung des Reaktionsgasgemisches erfolgt mit Hilfe von Wasserstoff als Trägergas durch das Zuführungsrohr 4, das so ausgebildet ist, daß seine Düse 5 direkt auf die obere Spitze des Keimkristalls gerichtet ist. Durch ein weiteres Zuführungsrohr 6 wird Chlor zugeführt. Der Aufbau der Gaszuführungsvorrichtung entspricht dem Aufbau eines an sich bekannten Knallgasbrenners. Durch die bei der Verbrennung des Chlorknallgasgemisches entstehende Reaktionswärme wird an der Spitze des Keimkristalls die Zone 7 auf eine für den Einbau aus der Gasphase hinzutretender Siliciunicarbidpartikehl hinreichend hohe Temperatur, . beispielsweise 17000 C, erhitzt; die bei der Zersetzung bei der herrschenden hohen Temperatur gebildeten Si- und C-Partikeln vereinigen sich augenblicklich zu Siliciumcarbid und werden in das Gitter des Keimkristalls als SiC eingebaut. Es ist dabei darauf zu achten, daß jeweils nur so wenig Siliciumcarbid zugeführt wird, daß die Siliciumcarbidpartikeln orientiert in das Gitter eingebaut werden 'lÜönnen. Die entstehenden Restgase strömen durch das Schutzrohr nach unten ab. Der Kristall kann entweder im Laufe des Wachstums kontinuierlich nach unten abgesenkt werden oder aber periodisch um größere Strecken nach unten geführt werden. Für eine gleichmäßige Ausbildung des Einkristallstabes ist es jedoch zweckmäßig, die Absenkung kontinuierlich vorzunehmen.
Das Verfahren -kann durch entsprechende Auswahl der carbidbildenden Komponenten variiert werden. Die Verwendung sfliciumorganischer Verbindungen oder aber von Gemischen aus Halogeniden oder entsprechenden Wasserstoff- bzw. Halogenwasserstoffverbindungen der carbidbildenden Substanzen führt in jedem Fall zur Bildung von Siliciumcarbid, da bei den genannten Umsetzungen die Reaktionsenthalpien stets negativ sind. Es ist hierbei nur zu beachten, daß das Mischungsverhältnis der Ausgangsmaterialien jeweils der stöchiometrischen Zusammensetzung des Siliciumcarbids entspricht und daß die Menaen des auf den Keimkristall gelangenden Materials nur gering sind, da sonst der orientierte Einbau in den Keimkristall unmöglich ist. Außerdem muß beachtet werden, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Reaktionsgases so gewählt wird, daß die überschüssige Reaktionsenergie abgeführt wird.
PÜr die Verwendung von nach diesem Verfahren hergestelltem Siliciumcarbid in der Halbleitertechnik ist es vielfach notwendig, dotiertes Material zu erhalten. -Zu diesem Zweck wird dem Reaktionsgasgemisch in bekannter Weise Dotierungsmaterial in Form einer gasförmigen Verbindung, vorzugsweise eines Chlorids, zugeführt. Es besteht auch die Mög- lichkeit, dotierte Keimkristalle zu verwenden, die beispielsweise durch Sublimation hergestellt wordeiisind.

Claims

Patentanspräche: 1. Verfahren zum Herstellen einkristalliner Stäbe aus Siliciumcarbid, bei dein ein Gemisch aus gasförmigen Verbindungen der Komponenten in Gegenwart eines Trägergases an einem Siliciumcarbid-Einkristall thermisch zersetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die Ausgangsmaterialien im stöchiometrischen Verhältnis in kleinen Mengen kontinuierlich oder schubweise auf die mittels einer Knallgasflamme hocherhitzte Spitze des senkrecht stehenden Keimkristalls aufgebracht werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsmaterial gasförmige Halogenide der Komponenten, verwendet werden. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsmaterial ein Gemisch aus gegebenenfalls halogenierten Silicium-und Kohlenwasserstoffen in stöchiometrischen Mengen oder siliciumorganische Verbindungen mit einer Si-C-Bindung im Molekül verwendet werden. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägergas Wasserstoff verwendet wird. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der carbidbildenden Verbindungen im Ausgangsgemisch im Bereich von 0,01 bis 60 Volumprozent gehalten wird. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Siliciumcarbidabscheidung bei Drücken in einem Bereich von 0,1 bis 10 at durchgeführt wird. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze des Keimkristalls auf eine Temperatur von 1450 bis 1700' C erhitzt wird. 8. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn eichnet, daß dem Reaktionsgas Dotierungsstoffe in Form - sförmiger Verbindungen zugefügt werden. In Betracht gezogene Druckschriften: Belgische Patentschrift Nr. 629 139.