DE2223868A1

DE2223868A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen von aus halbleitermaterial bestehenden hohlkoerpern, insbesondere von siliciumrohren

Info

Publication number: DE2223868A1
Application number: DE19722223868
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Chem Dr Dietze; Andreas Kasper; Ulrich Rucha
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-05-16
Filing date: 1972-05-16
Publication date: 1973-11-29
Also published as: DE2223868C3; DE2223868B2; BE789719A; CA996844A; GB1392142A; JPS4950865A; CS171283B2; JPS551700B2; IT987169B; DD104029A5; NL7217452A

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT München 2, 16 MA11972

Berlin und München Witteisbacherplatz; 2

VPA 72/1073

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von aus Halbleitermaterial bestehenden Hohlkörpern, insbesondere von Silicium-

rohren

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von aus Halbleitermaterial bestehenden Hohlkörpern, insbesondere von Siliciurarohren, durch Abscheiden von Halbleitermaterial aus der Gasphase auf einem erhitzten, als Hohlkörper ausgebildeten Trägerkörper, wobei sich die Außenfläche des Trägerkörpers mit einer Schicht, des Halbleiter-* materials überzieht, die nach Entfernung des Trägerkörpers den gewünschten Hohlkörper bildet.

"Aus der deutschen Auslegeschrift 1 8o5 97o (~ VPA 68/1635) ist ein Verfahren zum Herstellen eines Hohlkörpers aus Halbleitermaterial bekannt, bei dem das Halbleitermaterial aus einer gasförmigen Verbindung auf die Außenfläche eines Trägerkörpers aus einem hitzebeständigen Stoff niedergeschlagen wird und der Trägerkörper dann ohne Zerstörung der Halbleiterschicht entfernt wird. Dabei wird ein aus Graphit bestehender Trägerkörper verwendet, der entweder induktiv oder durch " direkten Stromdurchgang auf die Abscheidungstemperatur erhitzt wird.

Auf diese Weise lassen sich Siliciumrohre für Diffusionszwecke unter Verwendung der Ausgangsverbindung Silicochloroform bei Temperaturen von 1o5o - 125o°C in einer Wasserstoffatmosphäre herstellen, welche gegenüber den bekannten Diffusionsampullen den Vorteil der höheren Reinheit besitzen. Der'für die Herstellung des Siliciumrohres benötigte Träger-

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körper, welcher vorteilhafterweise aus Graphit besteht und als Hohlkörper ausgebildet ist, wird nach dem Abscheiden der Halbleiteraaterialschicht durch Erhitzen in sauerstoffhaltiger Atmosphäre ausgebrannt.

Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt, beschäftigt sich mit der Beheizung des für die Abscheidung verwendeten Trägerkörpers.

Aus der oben zitierten DAS 1 8o5 97o ist bekannt, entweder den Trägerkörper mittels einer den Keaktionsraum umschließenden mehrwindigen Induktionsheizspule aufzuheizen oder aber, falls der Trägerkörper rohrförmig ausgebildet ist, die Beheizung mittels eines im Innern befindlichen Stromleiters vorzunehmen, welcher so geschaltet ist, daß der Trägerkörper vom elektrischen Strom durchflossen werden kann.

Die"direkte Beheizung von Graphitträgerkörpern mit direktem Stromdurchgang hat den Nachteil, daß dieser Stromdurchgang oft nicht gleichmäßig über den Graphitquerschnitt verteilt ist und demzufolge die Temperaturverteilung an der Abscheidungsoberflache ungleichmäßig ist. Die Bedingungen für die HaIbleitermaterialabscheidung werden dadurch erheblich verschlechtert. Die Herstellung direkt beheizter Trägerkörper von komplizierter Formgebung ist nicht durchführbar oder aber sehr aufwendig.

Die vorliegende Erfindung überwindet diese Schwierigkeiten und ist dadurch gekennzeichnet, daß der als Hohlkörper ausgebildete Träger körper indirekt beheizt wird in der V/eise, daß ein Heizkörper im Innern des Hohlkörpers angebracht wird und der Heizkörper auf eine Temperatur aufgeheizt wird, welche mindestens 2oo°C über der maximalen Abscheidungstemperatur des Halbleitermaterials liegt.

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Auf diese Weise wird gewährleistet, daß eine völlig gleichmäßige Abscheidung an der Oberfläche des Trägerkörpers stattfindet, so daß Hohlkörper aus Halbleitermaterial mit definierter Wandstärke hergestellt werden können. An den Heizkörpern findet im wesentlichen keine Halbleitermaterialabscheidung statt, so daß diese Heizkörper sofort wieder einsatzbereit sind. Der Heizkörper wird, damit auch eine Abscheidung von Halbleitermaterial absolut vermieden wird, auf eine Temperatur gebracht, welche um mindestens 2oo°C höher liegt als die Temperatur des Abscheidungsmaximums des betreffenden Halbleitermaterials. Pur Silicium liegt diese Temperatur bei 14oo°C. Diese Temperatur ist ausreichend, um den Trägerkörper, der den Heizkörper umgibt, auf die günstigste Abscheidungstemperatur, das ist auf einen Bereich zwischen 115o und 12oo C zu erhitzen. Da der Heizkörper in seiner Formgebung der Form des Trägerkörpers direkt angepaßt werden kann, ist es möglich, Trägerkörper mit beliebiger Formgebung, also auch solche mit Schlitzen und löchern, aufzuheizen und entsprechende Halbleitermaterial-Abbilder herzustellen. Außerdem liegt es auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung, beliebige Temperaturvariationen am indirekt beheizten Trägerkörper durch den Abstand Heizkör per-Trägerkörper herzustellen.

Ein weiterer Vorteil gegenüber der direkten Beheizung ist, daß die hergestellten Halbleiterhohlkörper besser vom indirekt beheizten Trägerkörper abgezogen werden können und auf diese Weise eine Wiederverwendung des Trägerkörpers möglich machen.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen und der Figuren 1 bis 8 noch näher erläutert.

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Figur 1 zeigt einen Schnitt durch eine Vorrichtung zum Abscheiden einer Halbleitermaterialschicht auf einem indirekt "beheizten rohrförmigen Trägerkörper;

Figur 2 zeigt einen Schnitt durch eine Anordnung aus zwei miteinander gekoppelten, mit Ausnehmungen versehenen rohrförmigen Trägerkörpern, welche indirekt beheizt werden;

Figur 3 zeigt eine Anordnung mit einem geschlitzten Heizkörper;

Figur 4 zeigt im Schnitt nach Linie IV-IV in Figur 3 die Anordnung des Heizkörpers;

Figur 5 "bis 8 zeigen Schnitte von verschiedenen Heizkörperanordnungen zur Beheizung von verschiedenen Trägerkörpern zur Erzielung beliebig geformter Halbleitergegenstände ähnlich dem Schnitt entsprechend Figur 4.

Die Vorrichtung nach Figur 1 weist ein Reaktionsgefäß 1 auf, welches mit einer Bodenplatte 2 gasdicht verschlossen ist. In der Bodenplatte 2 sind Durchgänge 3 und 4 angebracht, welche als Gaseinlaß- und Gasauslaßöifnungen dienen. Außerdem befinden sich in der Bodenplatte 2 Durchführungen 5» durch welche die Stromzuführungen 6 in das Innere des Reaktionsgefäßes 1 geführt sind. Die Durchführungen 5 bestehen aus Teflon, während die Stromzuführungen 6 aus Silber gefertigt sind. Auf der Oberseite der Stromzuführungen sind zwei Halterungen 7 und 8 aus Graphit angebracht, von denen die Halterung 7 das als Heizrohr verwendete Graphitrohr 9 trägt, während die Halterung 8 mit einem massiven Graphitstab 1o verbunden ist. Dieser Graphitstab 1o ist an seinem oberen Ende mit einer verschraubbaren Graphitplatte 11 versehen, Vielehe wiederum über dem als Heizrohr fungierenden Graphitrohr

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sitzt und dieses mit dem Graphitstab 1o verbindet. Die' gesamte Heizanordnung 9, 1o, 11 ist im Innern eines ein- . seitig offenen Hohlkörpers 12 aus Graphit angeordnet, welcher als Trägerkörper für die Halbleitermaterialabseheidung dient.

Wird an die Elektroden 6 eine Spannung angelegt, so werden das· Heisrohr 9,. die Graphitplatte 11 und der Stab Io aufgeheizt. Durch Abstrahlung der Wärme erfolgt dann die indirekte Beheizung des Trägerkörpers 12, so daß sich die in das Reaktionsgefäß 1 eingeleitete, mit einem Trägergas gemischte Halbleiterverbindung zersetzt und sich eine Halbleitermaterialschicht 13 an der Oberfläche des Trägerkörpers abscheidet. Die Temperatur der Heizanordnung wird bei Verwendung einer Silicium enthaltenden Verbindung auf mindestens Hoo°C eingestellt, so daß auf dem Trägerkörper eine Temperatur von 115o - 12oo°C vorhanden ist.

Der Vorteil dieser Anordnung gegenüber den bekannten Vorrichtungen zum Beschichten von .Trägerkörpern besteht darin, daß neben einer viel gleichmäßigeren Abscheidung der Halbleitermaterialschicht der Heizkörper völlig frei von Halbleitermaterial bleibt und sofort wieder verwendet werden kann. Außerdem lassen sich die durch Abscheidung hergestellten Gegenstände aus Halbleitermaterial sehr viel besser von den Trägerkörpern entfernen. Dies gilt insbesondere bei der Herstellung von Siliciumrohren. Ein weiterer Vorteil ist, daß der Trägerkörper durch die einfache Art der Halterung nicht übermäßig "belastet wird.

In Figur 2 ist eine weitere Heizanordnung dargestellt, wobei gleichzeitig zwei mit Ausnehmungen versehene Siliciumrohre hergestellt werden sollen. Im Innern der rohrförmigen Graphitträgerkörper 15 und 16 befinden sich die als Heizkörper fungierenden massiven Graphitstäbe 17 und 18, welche über eine Graphitplatte 19 miteinander verbunden sind. Die Beheizung

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der Graphitstäbe 17 und 18 erfolgt über Halterungen 2o und Bei der hier gezeigten Anordnung ist der Trägerkörper 15 auf seiner Mantelfläche mit Schlitzen 22 und der Trägerkörper 16 mit Löchern 23 versehen. Auf diese Weise können Siliciumrohre mit Schlitzen zur Aufnahme von Diffusionsscheiben hergestellt werden.

Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel nach der Lehre der Erfindung, "bei dem der Heizkörper 25 aus einem geschlitzten (24) Graphitstab (s. auch Pig. 4) besteht. Dieser geschlitzte Graphitstab 25 berührt an seiner geschlossenen Stirnseite den ihn umgebenden Trägerkörper 26 aus Graphit und wird über die Halterungen 2? und 28, welche mit seinen beiden Schenkeln 29 und 3o fest verbunden sind, beheizt. Die Abscheidung der Halbleitermaterialschicht 31 erfolgt in bekannter Weise.

Figur 4 zeigt die Anordnung im Querschnitt; es gelten die gleichen Bezugszeichen wie in Figur 3.

Figur 5 zeigt im Querschnitt eine Anordnung zur Herstellung von auf einer Seite mit Schlitzen versehenen Siliciumrohren mit abgeflachten Mantelflächen. Der Heizkörper ist mit 33, der mit Schlitzen 34 versehene Trägerkörper mit 35 und die abgeschiedene Siliciumsehicht mit 36 bezeichnet.

In Figur 6 ist die Herstellung eines Siliciumschiffchens 37 I dargestellt. Dabei werden lediglich als Trägerkörper zwei I um den Heizkörper 33 angeordnete Graphitschiffchen 38 (halbe Rohre) verwendet.

In Figur 7 ist die gleichzeitige Herstellung einer massiven Siliciumplatte 39 und einer gelochten Siliciumplatte 4o gezeigt. Der Heizkörper besteht dabei aus einer massiven Graphitplatte 41, die indirekt beheizten Trägerkörper bestehen aus einer Graphitplatte 42 sowie einer gelochten Graphitplatte 43·

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Figur 8 zeigt die Herstellung eines quadratisch, geformten Hohlkörpers, bei dem als Heiskörper ein runder massiver Graphitstab 45 Verwendung findet* Der mit Ausnehmungen 46 versehene Graphitträgerkörper trägt das Bezugszeichen 47. Die abgeschiedene Siliciumschicht wird durch das Bezugszeichen 48 gekennzeichnet. Is werden hier 4 Einzelteile su einem geschlossenen Trägerkörper zusammengesetzt.

Aus den Figuren 5 bis 8 geht insbesondere hervor, daß durch die indirekte Beheizung der Trägerkörper beliebige Formen aus Halbleitermaterial hergestellt werden können, weil durch die indirekte Beheizung die Möglichkeit gegeben ist, den Heizkörper in seiner Formgebung der Form des Trägerkörpers ,direkt anzupassen oder aber beliebige Temperatur-Variationen am indirekt beheizten Trägerkörper durch den Abstand vom Heizkörper einzustellen.

Die durch das Verfahren nach der Lehre der Erfindung hergestellten Gegenstände werden in- erster Linie für Diffusionsprozesse zur Herstellung von Halbleiterbauelementen verwendet. Es können aber auch andere Gegenstände hergestellt werden, welche im Bereich der Chemie Anwendung finden.

11 Patentansprüche
8 Figuren

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Claims

P a tentansp r ü c h e

1. Verfahren zum Herstellen von aus Halbleitermaterial bestehenden Hohlkörpern, insbesondere von Siliciumrohren, durch Abscheiden von Halbleitermaterial aus der Gasphase auf einem erhitzten, als Kohlkörper ausgebildeten Trägerkörper, wobei sich die Außenfläche des irügerköx-jjei-s mit einer Schicht äes Halbleitermaterials überzieht, die nach Entfernung des Trägerkörpers den gewünschten Hohlkörper bildet_s dadurch gekennzeichnet, daß der als Kohlkörper ausgebildete Trägerkörper indirekt beheizt wird in der V/eise, daß ein Heizkörper im Innern des Hohlkörpers angebracht wird und der Heizkörper auf eine Temperatur aufgeheizt wird, welche mindestens 2oc°C über der maximalen Abscheiduiigsteraperatur des Halbleitermaterials liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Heizkörper verwendet wird, welcher in seiner Formgebung der Form des Trägerkörpers angepaßt ist.

3- Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, da.? als Heiskörper ein direkt beheizbarer Stab aus Kohlenstoff, z. B. aus Graphit, verwendet wird, welcher an seinem unteren Ende von einer Elektrode gehaltert wird und an seinem oberen Ende über eine verschraubbare Graphitkappe mit einem Graphitrohr verbunden ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägerkörper ein Hohlkörper aus Graphit verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei vertikale Heizkörper aus Graphit für die Herstellung von mindestens zwei Hohlkörpern aus Halbleitermaterial für einen Abscheideprozeß verwendet werden, welche an ihren unteren Enden von je einer Elektrode .gehaltert sind und an ihren oberen Enden über eine Graphitbrücke leitend miteinander verbunden sind.

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SAD ORlOiNAL

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der als Hohlkörper ausgebildete Trägerkörper mit Ausnehmungen, insbesondere mit Schlitzen oder Löchern, versehen, ist. . ■

7· Verfahren nach Anspruch 1,₍ 2 oder 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Heizkörper ein mit einer längs seiner Achse verlaufenden schlitzartigen Öffnung versehener Graphitstab verwendet wird, welcher an Seiner geschlossenen Stirnseite den Trägerkörper berührt und an seiner offenen Seite mit den beiden Schenkeln in- zwei Elektroden gehaltert ist.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der Temperatur am indirekt beheizten Trägerkörper durch den Abstand Heizkörper-Trägerkörper eingestellt wird.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in einem mit einem Gasein-

laß und Gasauslaß versehenen Reaktionsraum mindestens zwei vertikale r-ohrförmige Hohlkörper aus Graphit angeordnet sind, in deren Innerem sich je ein Heizkörper aus Kohlenstoff, z. B. aus Graphit, befindet, daß die unteren Enden der Heizkörper von je einer Elektrode gehaltert sind, die oberen Enden der Heizkörper durch eine leitende Graphitbrücke mit-■ einander verbunden sind und daß die- Graphitbrücke zugleich als Halterung für die vertikal angeordneten Hohlkörper aus Graphit verwendet ist.

1o. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ,mit einem Gaseinlaß und Gasauslaß versehenen Reaktionsraum ein rohrförmiger'Hohlkörper vertikal angeordnet ist, daß in seinem Inneren ein Heizkörper aus Graphit vorgesehen ist, welcher aus einem Graphitstab besteht, der über eine aufgesetzte ■oder aufgeschraubte Graphitkappe mit einem den Graphitstab

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umgebenden Graphitrohr verbunden ist und daß sowohl der Gräphitstab als auch das Graphitrohr mit je einer Elektrode einer Spannungsquelle verbunden sind.

11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in einem mit einem Gaseinlaß und Gasauslaß versehenen Reaktionsraum ein an seinem einen Ende geschlossener Hohlkörper angeordnet ist, daß in seinem Innern ein Heizkörper aus Graphit vorgesehen ist, welcher mit einer längs seiner Achse verlaufenden schlitzartigen Öffnung versehen ist und den Hohlkörper an seinem geschlossenen Ende berührt und daß die beiden Schenkel des Heizkörpers mit den Elektroden einer Spannungsquelle verbunden sind.

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