DE1917016A1

DE1917016A1 - Verfahren zur Herstellung von Hohlkoerpern aus Halbleitermaterial

Info

Publication number: DE1917016A1
Application number: DE19691917016
Authority: DE
Inventors: Arno Kersting; Reuschel Dipl-Chem Dr P Konrad; Keller Dr Wolfgang
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-04-02
Filing date: 1969-04-02
Publication date: 1971-01-28
Also published as: AT305376B; JPS5010529B1; SE364450B; FR2038160A1; US3751539A; DE1917016B2; NL7002013A; CH509825A; BE748409A; GB1278361A

Description

-2.APSL1969

SIEMENS AKTIEHGESEII-SCHAFT München 2, den

Berlin und München Wittclsbacherplatz

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Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern aus HaIb-

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eineo aus einen Halbleitermaterial, insbesondere Silizium, bestehenden Hohlkörpers durch Abscheiden aus einer gasförmigen Verbindung dieses HaIbloit'ermaterials auf die Oberfläche eines beheizten Trägerkörpers, der nach dem Abscheiden einer genügend dicken Schicht des Halblcitermaterials ohne Zerstörung derselben entfernt wird.

Ein solches Verfahren ist bereits vorgeschlagen worden. Damit ist es insbesondere möglich, an zwei gegenüber liegenden Seiten offene Hohlkörper, z_o B₀ aus Silizium, herzustellen. Der Trägerkörper kann dann leicht z« B* durch Ausbrennen oder Ausbohren entfernt werden» Bei nur einseitig offenen Hohlkörpern ist ein Ausbrennen dagegen schlecht möglich oder langwierig und beim Ausbohren besteht die Gefahr, mit dem Bohrer die der offenen Seite gegenüberliegende Seite des Hohlkörpers zu beschädigen, wenn der an dieser Seite anliegende Toil des Trägerkörpors entfernt werden soll-

Die vorliegende Erfindung zeigt nun zwei Wege, mit denen Hohlkörper" au3 einem Halbleitermaterial, insbesondere Silizium,hergestellt werden können. Dabei soll eine Entfernung, dea Trägerkörpers auch dann leicht und ohne Bccchädigung dea Hohlkörpers möglich sein, wenn dieser nur eino-eitig offen ist.

Me erste Lösung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein hohler, und wenigstens cn zwei gegenüberliegenden Seiten of fenci* TrUßorkörper vorv/endot wird, daß vor den 'Al)-

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scheiden de3 Halbleitermaterials eine der offenen Seiten des Trägerkörpera durch eine Scheibe aU3 den gleichen Halbleitermaterial abgedeckt wird, deren Fora der offenen Seite angepaßt ist, und daß dann das Halbleitermaterial aus der gasförmigen Verbindung abgeschieden wird, bis die gewünschte Schichtdicke und eine gasdichte Verbindung zwi-' sehen der abgeschiedenen Schicht und dein abdeckenden Halbleitermaterial erreicht ist*

Der zweite lösungsweg besteht darin, daß ein hohler und wenigstens an zwei gegenüberlicgen-den Seiten offener Trägerkörper verwendet wird, daß dann das 'Halbleitermaterial aus der gasförmigen Verbindung abgeschieden wird, bia die gewünschte Schichtdicke erreicht ist, daß dann eine Schei- * be festen Halbleitermaterialo, deren Form der offenen Seite angepaßt ist, nit doai abgeschiedenen Halbleitermaterial im Vakuum oder im Schutzgas verschweißt wird.

Soll der erste Lösungsweg dazu benutzt werden, ein einseitig geschlossenes Rohr mit kreisförmigem Querschnitt herzustellen, so wird vorteilhafterweise ein rohrförmiger Trägerkörper verwendet und die Scheibe aus festem Halbleitermaterial auf eine Stirnseite de3 Trägerkörperg aufgelegt, wobei der Durchmesser der Scheibe so gewählt wird, daß er kleiner als der äußere Durchmesser, aber größer ala der innere Durchmesser deo rohrförmigen Trägerkörpers ioto j Soll ein einseitig geschlossenes Rohr mit kreisförmigem Querschnitt nach dem zweiten lösungsweg hergestellt v/erden, so wird der Durchmesser der Scheibe zweckmäßigcrv/eiae so gewählt, daß er mindeaten3 εο groß wie der innere Durchmesser des rohrförmigen Trägerkörρer3 ist. Da3 Verfahren gemäß dem zweiten Iösungsv;cg kann zwockmäßigerv/eise auch zum Herstellen eines zweiseitig geschlossenen Rohro3 verwendet werden, indem r.ach dem Abscheiden des Halbloitcrniaterial3 und den Entfernen deo Trägerkörper0 eine weitere Scheibe deo Halbleiterimterialo auf die noch offene Stirnseite dea Rohres aufgelegt und mit dem nie- " ■ derceschlagenen Halbleitermaterial beispielav/oiae mittels Hochfrequenzenergic ία Vakuum verschweißt wird, i

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Die Erfindung wird anhand zweier Ausfübrungsbeispielc in Verbindung mit der Figur näher erläutert-_e In der Figur ist eine Einrichtung zürn Abscheiden einer Schicht von Halbleitermaterial gezeigt« Diese besteht in wesentlichen aus einer Quarzglocke 1 als Reaktionsgefäß, die auf der Unterseite mit zwei Einlcßrohren 2 und auf der Oberseite mit einer Austrittsöffnung 3 versehen ist» In der Quarzglocke ist ein mit einem Fuß 6 versehener, z. B. aus Graphit bestehender Trägerkörper 4 angeordnet, der auf der Unterseite der Quarzglocke 1 mittels eines Ringes 7 und mittels Schrauben 8 befestigt ist. Im Fuß des Trägerkörpers und im Ring 7 sind Dichtringe 9 eingelassen, die das Innere der Qucrzglocke gegen die Atmosphäre abdichten» Im Trägerkörper 4 ist eine Heizwicklung 11 angeordnet, die über Zuleitungen 13 und 14 an eine Spannungsvolle angeschlossen wird.

Das Verfahren gemäß der Erfindung läuft so ab, daß auf die Stirnseite des Trägerkörpers 4 eine Scheibe aufgelegt wird, die aus dem gleichen Halbleitermaterial besteht, das aus der gasförmigen Verbindung auf den Trägerkörper 4 abgeschieden werden soll. Diese Scheibe ist mit 16 bezeichnet und-besteht, wenn z. B. ein Hohlkörper au3 Silizium hergestellt werden soll, auch aus Siliziunie Zweckmäßigerv/eise wird der Durchmesser der Scheibe 16 etwas geringer gewählt als der gewünschte Außendurchmesser des Rohres. Anschließend wird die Quarzglocke mittels des Ringes 7 und der Schrauben 8 luftdicht verschlossen= Dann wird der Trägerkörper 4 aufgeheizt, indem die Heizwicklung 11 an Spannung gelegt wird. Der Trägerkörper kann euch induktiv beheizt werden» Zu diesem Zweck ist eine um die Quarzglocke 1 herumgelegte WicHung 10 vorgesehen, durch die ein Hochfrequenzstrom gaeitet wird ο

I3t der Trägerkörper aufgeheizt, wird durch die Rohre 2 eine gasförmige Verbindung des Halbleiterraaterials, im Falle von Silizium, Z. B. Silicochloroform SiHCL·. oder Siliziumtetrachlorid SiCl. in die Quarsglocko eingeleitet-Durch thermische Zersetzung schlägt sich am Trägerkörper

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4 kristallines Silizium nieder. Die abgeschiedene Siliziumschicht 15 wächst dabei nach und nach mit dem Deckel 16 zusammen, indem sich an den mit 17 bezeichneten, dick schwarz gezeichneten Stellen ebenfalls Silizium abscheidet= Das Abscheiden von Silizium am Trügerkörper wird dann beendet, wenn einerseits die Dicke der Schicht 15 genügend groß und andererseits eine gasdichte und mechanisch stabile Verbindung zwischen der Schicht 15 und der Scheibe 16 erzielt ist. Dann kann der Trägerkörper 4 nach Herausnehmen aus der Glocke 1 z„ B. durch Herausfräsen entfernt wordene.

Soll der zweite lösungsweg gemäß der Erfindung be- ^ schritten werden, kann zunächst ebenfalls die gezeig-™ te Einrichtung verwendet werden» Dazu wird der Trägerkörper 4 wie im ersten Beispiel aufgeheizt. Nach Einleitung der gasförmigen Verbindung des Halbleitermaterials scheidet sich dieses an der aufgeheizten Fläche, d. h. cn der Wandung des Trägerkörperö 4 ab» lot die Siliziumechicht genügend dick geworden, so wird das. Abscheiden beendet und der Trägerkörper mit der SiIiziuraschicht aus der Glocke e:itfernt. Auf die Stirnseite des Trägerkörpers 4 wird dann eine Siliziumscheibe aufgesetzt, deren Durchmesser mindestens gleich dem Innendurchmesser des Siliziumrohres ist» Dann wird die Siliziunscheibo beispielsweise in einer nicht näher zu b erläuternden Vorrichtung im Vakuum mittels Hochfrequenzenergie mit der Siliziumschicht 15 verschweißt. Ancchließend kann dann der Trägerkörper 4 entfernt werden, wenn, wie beim zweiten lösungsweg der Erfindung ohne weiteres möglich, die3 nicht bereits vor dem Verschweißen beider Teile erfolgte» Durch das Verschweißen läßt sich ebenfalls eine gasdichte und mechanisch stabile Verbindung erzielen. Das Verschweißen kann auch mit Elektronenstrahlen im Hochvakuum oder mittels Plasmabrenner im Schutzgas erfolgen.

Der zweite lösungsweg kann auch dazu benutzt werden, einen Hohlkörper aus einem Halbleitermaterial vollständig zu verschließen- Dazu muß natürlich der Träger-PA 9/493/998 009885/1824 -5 . SAD ORIGINAL

körper vorher entfernt werden.

Die Erfindung ist nicht auf die Herstellung von Hohlkörpern aus Silizium beschränkt. Ea können z. B₀ auch Hohlkörper aus anderen Halbleitermaterialien, wie z_? B₀ Germanium, Siliziumkarbid, Wolframcarbid, Λ,,ρ By-Vorbindungen und ΑχχΒγχ- Verbindungen hergestellt werden» Soll ζ» Bo ein Hohlkörper aus Siliziumkarbid hergestellt werden, so wird als gasförmige Verbindung z. Bo CH,SiCl~ und Wasserstoff verwendet. Soll der Hohlkörper s.B. aus Bornitrid bestehen, wird z_o B«, Hexachlorborazol B^I^Cl^ und Wasserstoff verwendete

Alle diese Halbleiter sind sehr hart und spröde, außerdem beständig gegen hohe Temperaturen und gasdichte Sie eignen sich daher gut als Reaktionsgefäße für bei hohen Temperaturen ablaufende Reaktionen« Ein Beispiel für eine solche Reaktion ist der Diffusionsprozeß bei Siliziumscheibeno Die bisher für die Diffusion verwendeten Quarzampullen halten nur Temperaturen von etwa 1200° C aus» Mit Ampullen aus Silizium oder einem anderen der angegebenen Halbleitermaterialien können die Temperaturen wesentlich fcrhöht werden, was den Diffuaionsprozeß beschleunigte Außerdem besteht keine Gefahr mehr, daß, wie bisher, bei Quarz als Reaktionsgefäß im Reaktionsgefäß enthaltene Verunreinigungen in die Siliziumscheiben hineindiffundieren, da das niedergeschlagene Halbleitermaterial, insbo Silizium bekanntlich sehr isin hergestellt werden kann»

7 Patentansprüche
1 Figur

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Claims

L. JL.iL §.£.$. f·- S- J1- j?., £- it p^ I1 _£ 7016

1. Verfahren zum. Herstellen eines aus einem Halbleitermaterial, insbesondere Silizium, bestehenden Hohlkörpers durch Abscheiden aus einer gasförmigen Verbindung dieses Halbleitermaterialo auf die Oberfläche eines beheizten Trägerkörpers, der nach dem Abscheiden einer genügend dicken Schicht des Halbleitermaterials ohne Zerstörung derselben entfernt wird, da durch gekennzeichnet, daß ein hohler und wenigstens an zwei gegenüberliegenden Seiten offener Trägerkörper verwendet wird, daß vor dem Abscheiden des Halbiert errnaterials eine der offenen Seiten de3 Trägerkörpers durch eine Scheibe au3 dem

ψ gleichen Halbleitermaterial abgedeckt wird, deren

Fora der offenen Seite angepaßt 13t, und daß dann das Halbleitermaterial aus der gasförmigen Verbindung abgeschieden wird, bis die gewünschte Schichtdicke und eine gasdichte Verbindung zwischen der Schicht und den abdeckenden Halbleitermaterial erreicht ist_o

2. Verfahren zum Herstollen eines aus einem Halbleitermaterial, insbecondere Silizium, bestehenden Hohlkörpers durch Abscheiden aus einer gasförmigen Veibindung dieses Halbleiterraaterials auf die Oberfläche eines beheizten Trägerkörpers, der nach dem Abschei-

. den einer genügend dicken Schicht des Halbleiter-

materials ohne Zerstörung desselben entfernt wird_s dadurch gekennzoihcnot, daß ein hohler und wenigstens an zwei gegenüberliegenden Seiten offener Trägerkörper verwendet wird, daß dann das Halbleitermaterial aus der gasförmigen Verbindung abgeschieden wird, bi3 die gewünschte Schichtdicke erreicht ist, daß dann eine Scheibe festen Halbloiter material3, deren Form der offenen Seite angepaßt iat, mit den abgeschiedenen Halbleitermaterial im. Vakuum oder im Schutzgas vorschweißt v;ird_o

3. Verfahren nach Anspruch 1 zum Herstellen eines einseitig geschlossenen ItohroB mit kreisförmigem Quer-

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schnitt, dadurch go kennzeichnet, daß ein robrförmiger Trägerkörper verwendet wird, und daß die Scheibe aus festen Halbleitermaterial an einer Stirnseite des Trägerkörpers angeordnet wird und daß der Durchmesser der Scheibe so gewählt wird, daß er kleiner als der äußere Durchmesser, aber größer als der innere Durchmesser des rohrförmigen Trägerkörpers ist»

4. Verfahren nach Anspruch 2 zum Herstellen eines einseitig geschlossenen Robrea mit kreisförmigem Querschnitt, dadurch gekennzeichnet, daß ein rohrförmiger Trägerlcörper verwendet wird, und daß die Scheibe aus festem Halbleitermaterial an einer Stirnseite des Trägerkörper3 angeordnet wird und daß der Durchmesser der Scheibe so gewählt wird, daß er mindestens so groß ist wie der innere Durchmesser des rohrförmigen Trägerkörpers ο

5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 4? dadurch gekennzeichnet , daß der Trägerkörper vor dem Verschweißen von Scheibe und abgeschiedenem Material entfernt wird=

6ο Verfahren nach Anspruch 3 oder 5 zum Herstellen eines zweiseitig geschlossenen Rohres, dadurch g e kennseiebnet, daß nach dom Abscheiden des Halbleitermaterials und nach Entfernen des Trägerkörpers eine weitere Scheibe an der nach offenen Stirnseite des Rohres angeordnet und mit dem Halbleitermaterial im \^rakuum oder in Schutzgas verschweißt wird =

7. Verfahren nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Scheibe gleich der 0,5-fachen bis 2-fachen Dicke des abgecchiedenen Materiala gewählt wird»

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