DE1245334B - Vorrichtung zur Herstellung von Halbleitereinkristallen durch Abscheiden aus der Gasphase - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

Deutsche Kl.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
S Ausle'getag:

BOIj

1245 334
S 81178IV c/12 g
30. August 1962
27. Juli 1967

Die thermische Zersetzung gasförmiger Halbleiterverbindungen und Abscheidung des Halbleitermaterials auf einem Halbleiterkörper wird meist in einem vorteilhafterweise aus Quarz od. dgl. bestehenden, L-förmigen Gefäß vorgenommen. Die für die thermische Zersetzung der Verbindung erforderliche Energie wird durch das Reaktionsgefäß geliefert, indem dieses teils durch ein ölbad, teils durch Heiz-Widerstandswicklungen auf die notwendige Temperatur gebracht wird. Bei der Durchführung der thermischen Zersetzung in dieser Vorrichtung wird jedoch beobachtet, daß die Abscheidung des Halbleitermaterials nicht nur wie erwünscht, auf den Halbleiterkristallen erfolgt, sondern auch an den erhitzten Wänden des Reaktionsraumes, wodurch wertvolles Halbleitermaterial verlorengeht und außerdem nach jedem Arbeitsgang ein großer Aufwand für die Reinigung des Reaktionsraums erforderlich ist.

In einer anderen bekannten Vorrichtung besteht das Reaktionsgefäß aus einer z. B. aus Quarz hergestellten Haube und einem aus Metall gefertigten Boden, das durch eine beispielsweise aus Quarz gebildete Wand in zwei Räume aufgeteilt ist. Im eigentlichen Reaktionsraum ist eine meist metallische Unterlage für die Halbleiterkörper, auf denen die Abscheidung erfolgen soll, angeordnet. Das Aufheizen der Halbleiterkörper auf die Abscheidungstemperatur wird durch Erhitzen der Unterlage, beispielsweise durch direkten Stromdurchgang, durchgeführt, wobei als Stromzuführung zwei Kohleelektroden dienen.

Durch die für die Zersetzung der gasförmigen Halbleiterverbindung notwendigen, meist hohen Temperaturen — sie liegen in der Größenordnung von etwa 700 bis 1200° C — ist bei der Durchführung des Verfahrens in dieser Vorrichtung oft ein Ausdampfen von Verunreinigungen aus der metallischen Unterlage oder den als Stromzuführung dienenden Kohleelektroden zu beobachten. Beispielsweise treten Phosphor- oder Arsendämpfe aus, die in Halbleitermaterialien der IV. Gruppe des Periodensystems, wie Silicium oder Germanium, als Donatoren wirken und so die erwünschten definierten elektrischen Eigenschaften der Halbleiterkristalle ungünstig beeinflussen.

Eine Vorrichtung zur Herstellung von gegebenenfalls dotierten, auch Übergänge zwischen Zonen unterschiedlicher Leitfähigkeit und/oder unterschiedlichen Leitungstyps aufweisenden Halbleitereinkristallen durch thermische Zersetzung einer gasförmigen Verbindung eines Halbleitermaterials und Abscheidung des Halbleitermaterials auf einem oder mehreren erhitzten einkristallinen Halbleiterkörpern,

Vorrichtung zur Herstellung

von Halbleitereinkristallen durch Abscheiden

aus der Gasphase

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, München 2, Wittelsbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Dr. Theodor Rummel, München

wobei das Reaktionsgefäß, in dem die thermische Zersetzung und die Abscheidung des Halbleitermaterials durchgeführt wird, in einem Ofen untergebracht ist, gewährleistet höchste Reinheit des Reaktionsraums, vermeidet unerwünschte Verunreinigungen und erlaubt außerdem die Einstellung eines bestimmten Temperaturbereiches nicht nur der Halbleiterkörper, sondern auch der Wände des Reaktionsraumes, wenn erfindungsgemäß der Ofen ein Rohr- ofen ist, wenn sich zwischen der Innenwand des Rohrofens und dem Reaktionsgefäß mindestens ein Quarzrohr befindet und wenn der Raum zwischen dem Reaktionsgefäß und dem Quarzrohr, gegebenenfalls auch zwischen den Quarzrohren, durch strömendes Gas ausgefüllt ist.

Zweckmäßig ist, wenn auch die Wand des Reaktionsgefäßes aus Quarz oder Quarzglas besteht.

Ist der Reaktionsraum von zwei konzentrischen Quarzrohren umgeben, dann kann auch der Raum zwischen dem inneren und dem äußeren Rohr durch strömendes Gas ausgefüllt sein. Beispielsweise kann dieses Gas Luft, Wasserstoff, Stickstoff oder auch Argon oder Helium sein. Durch das an der Wand des Reaktionsgefäßes entlangströmende Gas wird die Wand des Reaktionsgefäßes kühl bzw. auf einer Temperatur gehalten, bei der die Abscheidung des Halbleiterstoffes an der Wand ausgeschlossen ist. In manchen Fällen kann es vorteilhaft sein, das Gas, bevor es in die Vorrichtung einströmt, vorzuwärmen, wenn aus besonderen Gründen ein besonderer Temperaturbereich an den Wänden des Reaktionsgefäßes erwünscht ist. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn unterhalb eines bestimmten Temperaturbereiches die Bildung eines schädlichen Nebenproduktes, etwa einer polymeren Halogenwasserstoffverbindung des Halbleiters, begünstigt ist. Ebenso oder zusätzlich kann natürlich der Grad der Wärmeabfuhr von

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der Wand des Reaktionsgefäßes durch die Strömungsgeschwindigkeit des Gases eingestellt werden.

Im Reaktionsraum selbst sind keine Heizelemente und ebenso auch keine Stromzuführungselemente vorhanden, so daß keine Fremdatome aus solchen Elementen ausdampfen können. Die Halbleiterkristalle, auf denen die Abscheidung vorgenommen wird, werden durch den Rohrofen von außerhalb des Reaktionsgefäßes auf die erforderliche Temperatur gebracht, und zwar durch vom Rohrofen ausgehende Wärmestrahlung. Durch den die Vorrichtung durchströmenden Gasstrom wird die Wärme abgeführt, die die Wand des Reaktionsraums und das bzw. die Quarzrohre aus der Strahlung des Ofens direkt oder aus der Wärmeabstrahlung der erhitzten Halbleiterkörper im Inneren des Reaktionsgefäßes aufnehmen.

An Hand eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden. In der Figur, die einen Schnitt durch eine Vorrichtung gemäß der Erfindung zeigt, ist mit 1 die Innenwand eines elektrisehen Rohrofens bezeichnet, in welchem zwei konzentrische Quarzrohre 2 und 3 angeordnet sind. Ebenso kann in der Vorrichtung nur ein Quarzrohr vorgesehen sein. Im Quarzrohr 3 mit dem, kleineren Durchmesser befindet sich das Reaktionsgefäß 4, in dem die thermische Zersetzung einer gasförmigen Verbindung, beispielsweise einer Halogenwasserstoffverbindung, des Halbleitermaterials und gegebenenfalls einer gasförmigen Verbindung, beispielsweise eines Halogenids, eines Dotierungsstoffes durchgeführt wird. Durch den Rohransatz 5 wird das Reaktionsgasgemisch zugeführt, während die Reaktionsabgase, symbolisch dargestellt durch den Pfeil 10, das Reaktionsgefäß durch den Rohransatz 6 wieder verlassen. Im Beispiel ist im Reaktionsgefäß eine zweckmäßig aus Quarz bestehende Unterlage 7 für die Halbleiterlaistalle 8, auf denen die Abscheidung der Halbleiterschichten erfolgen soll, angeordnet. Diese Unterlage ist nicht unbedingt erforderlich; sie kann ebenso gut auch fehlen. Die Halbleiterkristalle werden beispielsweise in Form von einkristallinen Scheiben, die durch Zerteilen eines einkristallinen Stabes quer zur Längsachse entstanden sind, verwendet. Sie können aus Silicium oder Germanium oder auch aus anderen Halbleitermaterialien bestehen.

Soll etwa auf Siliciumscheiben eine Schicht p-dotierten Siliciums abgeschieden werden, so wird durch den Rohransatz 5 ein Gasgemisch, symbolisch dargestellt durch den Pfeil 9, zugeführt, das z. B. aus Silicochloroform oder Silicuimtetrachlorid, eventuell mit Wasserstoff vermischt, und beispielsweise Borhalogenid besteht, wobei der Dotierungsgrad der Schicht durch den Gehalt des Gases an Borhalogenid gesteuert werden kann.

Ebenso ist die Vorrichtung für die Herstellung von epitaktischen, aus dem gleichen Material bestehenden Aufwachsschichten auf Halbleiterstäben geeignet, so daß sich diese beispielsweise verdicken lassen.

Zwischen dem Reaktionsgefäß und dem umgebenden Quarzrohr befindet sich strömendes Gas, beispielsweise Wasserstoff, symbolisiert durch die Pfeile 11, welches die Wärme von der Wand des Reaktionsgefäßes abführt, so daß diese auf gewünschten Temperaturen gehalten wird. Ebenso ist im Beispiel der Raum zwischen den beiden Quarzrohren 2 und 3 durch strömenden Wasserstoff ausgefüllt, wodurch auch die Wände der Quarzrohre auf niedrigen Temperaturen gehalten werden.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Herstellung von gegebenenfalls dotierten, auch Übergänge zwischen Zonen unterschiedlicher Leitfähigkeit und/oder unterschiedlichen Leitungstyps aufweisenden HaIbleiterejnkristallen durch thermische Zersetzung einer gasförmigen Verbindung eines Halbleitermaterials und Abscheiden des Halbleitermaterials auf einem oder mehreren erhitzten ejnkrisjtallinsa. Halbleiterkörpern, wobei das Reaktionsgefäß, in dem die thermische Zersetzung und die Abscheidung des Halbleitermaterials durchgeführt wird, in einem^Qfen untergebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen ein Rohrofen ist, daß sich zwischen der Innenwand des Rohrofens und dem Reaktionsgefäß mindestens ein Quarzrohr befindet und daß der Raum zwischen dem Reaktionsgefäß und dem Quarzrohr, gegebenenfalls auch zwischen den Quarzrohren, durch strömendes Gas gasgefüllt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand des Reaktionsgefäßes aus. Quarz besteht.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das strömende Gas Wasserstoff ist.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das strömende Gas StickstQJList.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das strömende Gas Argon ist.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das strömende Gas Helium ist.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das strömende Gas Luft ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 970 474;
deutsche Auslegeschrift Nr. 1090482;
USA.-Patentschriften Nr. 2 700 365, 2 905 573.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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