DE1444526A1 - Process for the thermal deposition of silicon or another semiconducting element - Google Patents
Process for the thermal deposition of silicon or another semiconducting elementInfo
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Description
24AUGt 1H224AUGt 1H2
Siemens & Halsice München 2, den Siemens & Halsice Munich 2, den
Aktiengesellschaft Wittelsbacherplatz 2 Aktiengesellschaft Wittelsbacherplatz 2
Akt.Z«Act.Z «
Verfahren, zum, thermischen_^.bseheiden_ von. Silicium oder eines ^nderen^ halbleitenden ElementesMethod of, thermal _ ^. Bseheiden_ of. Silicon or a ^ ^ nderen it semiconducting Ele mente s
Ein bekanntes Verfahren zur Herstellung einkristallinen Siliziums geht von einem erhitzten einkristallinen stab- · förmigen, nur an seinen Enden gehalterten üJrägerkörper aus, der iil einem aus Wasserstoff und Siliziumhalogenid bestehenden Reaktionsgae so hoch erhitzt wird, daß sich freies Silizium auf dem Trägerkörper niederschlägt und dort einkristallin aufwächst. Hierdurch erhält der einkristallineA known process for the production of monocrystalline silicon is based on a heated, monocrystalline rod-shaped carrier body held only at its ends, which is heated to such an extent by a reaction gas consisting of hydrogen and silicon halide that free silicon is deposited on the carrier body and becomes monocrystalline there grows up. This gives the monocrystalline
PA 9/^493/384 17.8.1962 - 2 -PA 9 / ^ 493/384 August 17, 1962 - 2 -
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Trägerkörper einen Mantel aus einkristallinem Silizium, der im Prinzip auf beliebige Stärke gebracht v/erden kann. Da der Trägerkörper, z.B. durch einen mittels der Halterungen zugeführten elektrischen Strom auf hohe gleichmäßige Temperatur erhitzt werden kann, steht für die Abscheidung mit Ausnahme der in den Halterungen befindlichen Enden des Trägers die gesamte Trägeroberfläche zur "Verfügung, so daß der Siliziumgehalt des Reaktionsgases gut ausgenutzt werden kann. Voraussetzung für ein störungsfreies einkristallines Aufwachsen ist vor allem, daß die Schmelztemperatur des Trägers an der Trägeroberfläche nicht überschritten wird, da sich sonst das aufgeschmolzene Silizium zu Tropfen zusammenballen würde und somit die für das einkristalline Wachstum auf einer·Halbleiteroberfläche erforderliche gleichmäßige Abscheidung unmöglich wäre. Aber auch, wenn man das Aufschmelzen des Trägers vermeidet, stellen sich einer einkristallinen Abscheidung von Silizium und auch anderen halbleitender Elemente aus der Gasphase .erhebliche Schwierigkeiten entgegen. - ..Carrier body has a jacket made of monocrystalline silicon, which in principle can be brought to any thickness. Since the carrier body, e.g. by means of the brackets The electrical current supplied can be heated to a high uniform temperature, stands for the deposition With the exception of the ends of the carrier located in the holders, the entire carrier surface is available, so that the silicon content of the reaction gas can be used well. Prerequisite for a trouble-free single crystalline Growing up is above all that the melting temperature of the The carrier on the carrier surface is not exceeded, otherwise the melted silicon will agglomerate to form drops and thus the uniformity required for monocrystalline growth on a semiconductor surface Deposition would be impossible. But even if one avoids melting the carrier, a monocrystalline face Deposition of silicon and other semiconducting elements from the gas phase. Considerable difficulties opposite. - ..
Um diese Schwierigkeiten zu überwinden sind bereits verschiedene Verfahren angegeben worden. Ein solches Verfahren ist in der deutschen Patentschrift 1 048 638 beschrieben. In order to overcome these difficulties, various methods have already been given. Such a method is described in German Patent 1,048,638.
Diese bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung vonThis refers to a process for the production of
Halbleitereinkristallen für Halbleiteranordnungen durch Abscheidungen voji reinstem, mit oder ohne DotierungszusätzenSemiconductor single crystals for semiconductor arrangements by means of deposits voji purest, with or without doping additives
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versehenem Halbleitermaterial auf einen erhitzten, aus dem gleichen Halbleitermaterial bestehenden, einkristallinen Trägerkörper durch thermische Zersetzung oder Reduktion. Sie.schlägt vor, daß zur Vermeidung von Wachstumsunregelmäßigkeiten die freigelegte Oberflächenstruktur des monokristallinen Trägerkörpers auf eine Temperatur erhitzt wird, die unterhalb der Temperatur liegt, bei der die Maximalabscheidung des Halbleiterstoffes bei der gewählten Reaktionprovided semiconductor material on a heated, monocrystalline consisting of the same semiconductor material Carrier body through thermal decomposition or reduction. She suggests that to avoid growth irregularities the exposed surface structure of the monocrystalline carrier body is heated to a temperature, which is below the temperature at which the maximum separation of the semiconductor material in the selected reaction
auf dem Trägerkörper erfolgt, daß ferner das Reaktionsgas die Oberfläche des Trägerkörpers turbulent umströmt und daß die bei der gewählten Arbeitsteraperatur und der gewählten Reaktion erfolgende Abscheidungsgeschwindigkeit in • an sich bekannter Weise so eingestellt wird, daß eine Übersättigung des Trägers mit dem anfallenden Halbleitermaterial vermieden wird.takes place on the support body that further the reaction gas flows around the surface of the support body and turbulent that the deposition rate taking place at the selected working temperature and the selected reaction in • is set in a manner known per se so that the carrier is oversaturated with the resulting semiconductor material is avoided.
In diesem Patent sind nur Ausführungsbeispiele beschrieben, bei denen der Träger durch direkten Durchgang eines elektrischen Stromes erhitzt wird. Es ist aber auch bekannt, den stabförmigen Träger auf induktive Weise zu erhitzen. Zu diesem Zweck wird der Träger in der Achse einer ihn konzentrisch umgebenden Induktionsspub angeordnet, die mit Wechselstrom, insbesondere Hochfrequenzstrom gespeist wird. Die länge der Spule ist dabei vorzugsweise so bemessen, daß sie die Trägerober-,flache,!soweit ;sie für die Abscheidung vorgesehen ist, auf eine möglichst!gleichmäßige Temperatur· auf induktivem WegeIn this patent only embodiments are described in which the carrier by direct passage of an electrical Stromes is heated. But it is also known to heat the rod-shaped carrier in an inductive manner. To this Purpose, the carrier is arranged in the axis of an induction pub that surrounds it concentrically and is supplied with alternating current, in particular High frequency current is fed. The length of the coil is preferably dimensioned in such a way that it covers the upper, flat,! ; it is intended for the deposition, at as uniform a temperature as possible by inductive means
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erhitzt. Ein solches Verfahren ist in der deutschen Patentanmeldung S 650 059 Vl/48 Td beschrieben und wird zur Darstellung von "besonders reinem Silizium angewendet=heated. Such a method is described in German patent application S 650 059 VI / 48 Td and is used for illustration of "particularly pure silicon applied =
Die Erfindung "bezieht sich auf ein Verfahren zum thermischen Abscheiden von elementarem Silizium oder eines anderen halbleitenden Elementes aus einem, das Halbleiterelement in gebundenem Zustand enthaltendem, von den Halbleiter in unerwünschter Weise verunreinigenden Begleitstoffen freien . Reaktionsgas auf einen einkristall'inen, aus dem betreffenden Halbleiter bestehenden stabförmigen Trägerkörper, der in dem strömenden Reaktionsgas auf eine so hohe, jedoch unterhalb des Schmelzpunktes des Halbleiters liegende Temperatur er^ hi-tzt vard," daß sich das aus dem Beaktiohsgas freiwerdende halbleitende Element in einkristallinem Zustand an der Oberfläche des Trägerkörpers niederschlägt, bei dem ferner die zur Umsetzung des Reaktionsgases erforderliche hohe Temperatur der.Trägeroberfläche durch direkte Induktion eines möglichst gleichmäßig auf den Träger einwirkenden elektromagnetischen,, insbesondere hochfrequenten Wechselfeldes erzeugt vard,. und ist dadurch" gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung, des Reaktionsgases während des gesamten Abscheidevorganges so eingestellt wird., daß die Abscheidegeschwindigkeit des halbleitenden Elements bei einer unterhalb der verwendeten Ab- , scheidungstemperatur Tn an der Trägeroberflache liegenden 'The invention "relates to a method for the thermal deposition of elementary silicon or another semiconducting element from a reaction gas containing the semiconductor element in a bonded state and free from the semiconductor undesirably contaminating. Reaction gas on a single crystal from the semiconductor in question existing rod-shaped support body, which in the flowing reaction gas to such a high temperature, but below the melting point of the semiconductor, "that the semiconducting element released from the reaction gas is deposited in a monocrystalline state on the surface of the support body which furthermore generates the high temperature of the carrier surface required to convert the reaction gas by direct induction of an electromagnetic, in particular high-frequency alternating field which acts as uniformly as possible on the carrier. and is characterized by the fact that the composition of the reaction gas is adjusted during the entire deposition process so that the deposition rate of the semiconducting element is below the deposition temperature T n used on the carrier surface.
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Temperatur T ihren maximalen Wert besitzt und in einem sich oberhalb an diese Temperatur T0 anschließenden, die gewählte Abscheidungstemperatur Ta der Trägeroberfläche enthaltenden Temperaturbereich mit steigender Temperatur monoton absinkt, so daß die tatsächlich eingestellte AbscheidegeschwindigkeitTemperature T has its maximum value and in a temperature range above this temperature T 0 and containing the selected deposition temperature T a of the support surface decreases monotonically with increasing temperature, so that the actually set deposition rate
. ' er. 'he
merklich kleiner als die bei der niedrig/an Temperatur TQ vorliegende Abscheidegeschwindigkeit wird.becomes noticeably smaller than the deposition rate present at the low / at temperature T Q.
Da daß Wachstum des Trägers infolge der Abscheidung in radialer Richtung erfolgt,, nähert sich die Trägeroberfläche im Laufe des Abscheidungsvorganges immer mehr der Induktionsspule, so daß die Kopplung zwischen Induktionsspule und Trägeroberfläche während des Abscheidungsvorganges zunimmt. Demzufolge nimmt bei konstant gehaltener Leistung die Temperatur der Trägeroberfläche ebenfalls zu. Im gleichen Sinne wirkt sich überdies der Skin-Effekt der an der Oberfläche des Trägers induzierten, diesen beheizenden Wirbelströme aus. Vorspringende Teile der Trägeroberfläche, z.B, Warzen oder hökerige Erhebungen, sind daher notwendig heißer als dfe normale Trägeroberfläche oder gar Vertiefungen in derselben. Die Verhältnisse liegen also gerade umgekehrt, als *ßie bei Erhitzung des Trägers durch einen mit Elektroden zugeführten Wechselstrom oder Gleichstrom gegeben sind.Because that growth of the carrier as a result of the deposition in radial Direction takes place, the carrier surface approaches the induction coil more and more in the course of the deposition process, so that the coupling between induction coil and carrier surface increases during the deposition process. As a result, if the power is kept constant, the temperature of the carrier surface also increases. In the same In addition, the skin effect of the eddy currents induced on the surface of the carrier and heating it has an effect the end. Projecting parts of the support surface, e.g. warts or knuckled elevations, are therefore necessarily hotter as a normal support surface or even depressions in the same. So the situation is exactly the opposite of what * ßie when the carrier is heated by an electrode fed Alternating current or direct current are given.
Wenn daß Reaktionsgas im Einklang mit der erfindungsgemäßen Lehre so gewählt ist, daß es bei an der Tr'ägeroberflache ein -If that reaction gas in accordance with the invention Gauge is chosen so that there is a -
; . , J 809803/0395; . , J 809803/0395
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gestellten Abscheidungstemperatur bei Erhöhung dieser Temperatur zu einer Verminderung der Abscheidung, beim Absinken dieser Temperatur hingegen zu einer Verstärkung der Abscheidung führen muß, so findet an vorspringenden und daher heißeren Stellen der Trägeroberfläche eine verminderte, an tiefer gelegenen und daher kühleren Stellen der Trägeroberfläche eine vermehrte Abscheidung statt. Da an kalten Stellen der Trägeroberfläche eine Vermehrte Abscheidung stattfindet, erheben sich, wenn das Reaktionsgas entsprechend der erfindungsgemäßen Lehre eingestellt ist, diese Stellen nach einiger Zeit über das Niveau der normalen Trägeroberflächo, werden dadurch heißer als diese und erhalten dann eine verminderte Abscheidung» Umgekehrt werden langsamer wachsende Stellen der Trägeroberfläche schließlich kälter als die normale Trägeroberfläche und erhalten dadurch wiederum eine verstärkte Abscheidung. Die erfindungsgemäße Lehre bewirkt somit, daß infolge der Anwendung einer Induktionsbeheizung des Trägers ein automatischer Ausgleich von Unregelmäßigkeiten der Wachstumsgeschwindigkeit erfolgt, was für die Herstellung einkristallinen Siliziums b2w. anderer halbleitender Elemente unerläßlich ist. Mit Aus- .' nähme der Forderung, im steigenden Ast der in Abhängigkeit von der Trägertemperatur dargestellten Kurve der Abscheidegeschwindigkeit zu arbeiten, werden die übrigen in der deutschen Patentschrift 1 048 638 beschriebenen Maßnahmen mit Vorteil angewendet. Dies gilt insbesondere für die notwendige Reinheit der Oberfläche des Trägers sowie für die Anwendung eines denThe deposition temperature set when this temperature is increased leads to a reduction in the deposition, when it drops Temperature, on the other hand, must lead to a strengthening of the deposition, so occurs at protruding and therefore hotter Place the support surface a diminished one at deeper and therefore cooler parts of the support surface increased deposition instead. Since there is increased deposition at cold spots on the carrier surface, if the reaction gas is set according to the teaching of the invention, these points after some time over the Level of the normal carrier surface, become hotter than this and then receive a reduced deposition » Conversely, areas of the support surface that grow more slowly become ultimately colder than the normal carrier surface and thus in turn receive increased deposition. The teaching of the invention thus has the effect that as a result of the use of induction heating of the carrier, an automatic Compensation for irregularities in the growth rate takes place, which is essential for the production of single-crystal silicon b2w. other semiconducting elements is essential. With Aus. ' would take the demand in the increasing branch of the dependent on the deposition rate curve shown to work the carrier temperature, the remaining in the German Patent specification 1 048 638 measures described with advantage applied. This applies in particular to the necessary cleanliness of the surface of the carrier and to the use of a den
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ÜDrägerkörper turbulent umströmenden Reaktionsgases.ÜDräger body turbulent flow around reaction gas.
Da es sich hier um an sich bekannte Arbeitsschritte handelt, kann wegen diesbezüglicher Einzelheiten auf die deutsche Patentschrift 1 048 638 hingewiesen werden. Da bei dem Verfahren gemäß der Erfindung die halbleitende Verbindung in starker Verdünnung mit Wasserstoff zur Anwendung gelangt und außerdem die Abscheidung entweder bei Normaldruck oder bei vermindertem Druck stattfindet, ist eine Übersättigung des Trägers mit dargebotenem Halbleitermaterial im allgemeinen nicht zu befürchten.Since these are work steps that are known per se, you can refer to the German Patent specification 1 048 638 should be referred to. As in the process according to the invention, the semiconducting compound is used in strong dilution with hydrogen and In addition, the deposition takes place either at normal pressure or at reduced pressure, is a supersaturation of the Support with presented semiconductor material is generally not to be feared.
Im Interesse der Reinheit des darzustellenden Halbleitermaterials darf, falls undotierte Halbleiter hergestellt werden sollen, das Reaktionsgas außer dem darzustellenden halbleitenden Element nur Halogen und Wasserstoff enthalten. Bei der Herstellung dotierter Halbleiterelemente enthält das Reaktionsgas, wenn man den Dotierungsstoff gleich während der Herstellung des Halbleiters in diesen einbauen will, das zu verwendende dotierende Element entweder im reinen oder in an Halogen bzw. Wasserstoff gebundenen Zustand. Da der Anteil des Reaktionsgases an Dotierungsstoff grundsätzlich sehr gering eingestellt werden muß, v/ird der Verlauf der AbscheidüngskurvG des halbleitenden Elements aus dem Reaktionsgas merklich nicht beeinflußt.In the interests of the purity of the semiconductor material to be produced, undoped semiconductors may be produced if undoped should, the reaction gas contain only halogen and hydrogen in addition to the semiconducting element to be represented. In the production of doped semiconductor elements, the reaction gas contains, if the dopant is used during the Manufacture of the semiconductor wants to build in this, the doping element to be used either in the pure or in on Halogen or hydrogen bonded state. Since the proportion of dopant in the reaction gas is generally very low must be set, v / ird the course of the deposition curveG of the semiconducting element from the reaction gas noticeably not influenced.
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Ob die Kurve der in Abhängigkeit von der Trägertemperätur T aufgetragenen Abscheidegeschwindigkeiten das in der Pig. 1 dargestellte, für das gemäß der Erfindung vorgeschlagEne Verfahren notwendige Verhalten besitzt, hängt entscheidend von der Zusammensetzung des Reaktionsgases ab. Unbrauchbar ist z,B. ein auf Grundlage von Silanen zusammengesetztes Reaktionsgas. Da bei Verwendung von Silanen oder anderen reinen gasförmigen Wasserstoffverbindungen halbleitender Elemente diese sich mit steigender Temperatur in steigendem MaEe unter Bildung des halbleitenden Elements zersetzen, ist ein Auftreten eines fallenden Bereichs der Abscheidungskurve bei der Verwendung eines aus Silanen bestehenden Reaktionsgases nicht gegeben. Dagegen läßt sich unter Anwendung von Siliziumhalogenverbindungen ein das notwendige Verhalten aufweisendes Reaktionsgas herste'llen. - . ■ ■»Whether the curve of the depending on the carrier temperature T applied deposition rates that in the Pig. 1 shown for the proposed according to the invention Process has the necessary behavior, depends crucially on the composition of the reaction gas. Unusable is e.g. a compound based on silanes Reaction gas. Since it is semiconducting when using silanes or other pure gaseous hydrogen compounds Elements that decompose with increasing temperature to an increasing extent to form the semiconducting element, there is no occurrence of a falling area of the deposition curve when a reaction gas consisting of silanes is used. On the other hand, using Silicon halogen compounds produce a reaction gas exhibiting the necessary behavior. -. ■ ■ »
Verwendet man z.B. ein Reaktionsgas, welches aus 5 Mo1$ SiHCl^ und 95 ·Ιίο1# Wasserstoff besteht, so wird die Abscheidegeschwindigkeit bei einer Trägertemperatur !„,„„ - 14000C maximal.! If, for example, a reaction gas consisting of 5 Mo1 $ SiHCl ^ and 95 · Ιίο1 # hydrogen, the deposition at a substrate temperature will, """- 1400 0 C maximum.
maxMax
Die Menge des anfallenden Siliziums hängt allerdings noch vom Druck dieses Gfases ab und beträgt bei Normaldruck etwa <f,x2ii;mg Silizium pro Minute und pro cm der Oberfläche des Trägers. Steigert man die Trägertemperatur über HOO0C, so nimmt die Abscheidegeschwindigkeit wieder ab. Die Lage der Temperatur Tmax ist vom Wasserstoffgehalt dee Reaktionsgaoes in hohem Maße abhängig. Verwendet man z.B. ein Molverhältnis von 7'|.. » M0I56 SiHCl, und 93 MoI^Wasserstoff, so liegt die TemperaturThe amount of silicon produced, however, still depends on the pressure of this gas and is about <f , x2 ii at normal pressure; mg silicon per minute and per cm of the surface of the support. If the carrier temperature is increased above HOO 0 C, the deposition rate decreases again. The position of the temperature T max depends to a large extent on the hydrogen content of the reaction gas. If, for example, one uses a molar ratio of 7 '| .. »M0156 SiHCl, and 93 Mole ^ hydrogen, the temperature is
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T der maximalen Abscheidegeschwindigkeit bereits erheblich oberhalb des Schmelzpunktes von Silizium. Umgekehrt wird ein Reaktionsgaa, das aus 2 Mol$S SiHCl.* und 98 MoljS Wasserstoff besteht, eine maximale Abscheidegeschwindigkeit bei etwa 11000C entwickeln, so daß die Abscheidetemperatur T„ imT the maximum deposition rate already well above the melting point of silicon. Conversely, a Reaktionsgaa consisting of 2 moles of $ S SiHCl. * And 98 MoljS hydrogen, a maximum rate of deposition will develop at about 1100 0 C, so that the deposition temperature T "in
etet
Bereich von etwa 11500C bis zum Schmelzpunkt des Trägers eingestellt werden kann. Verwendet man statt SiHCl^ die Verbindung SiCl,, so gelten analoge Temperatur- und ZusammensetEungsverhältnissej nur wird die Menge des in der Zeiteinheit anfallenden Siliziums bei gleichem Gasdruck und gleicher Trägertemperatur kleiner als sie bei Verwendung von SiHCl* unter sonst gleichen Bedingungen erhalten wird-Range from about 1150 0 C to the melting point of the carrier can be set. If the compound SiCl is used instead of SiHCl ^, analogous temperature and composition ratios apply, only the amount of silicon accumulating in the unit of time at the same gas pressure and the same carrier temperature is less than that obtained when using SiHCl * under otherwise identical conditions.
Wird dementsprechend ein aus SiHCl, bzw. SiCl. und Wasserstoff bestehendes Reaktionsgas verwendet, so darf der SiHCl,- bzw. der SiCl. -Gehalt des Reaktionsgases höchstens 5 Mol$ betragen. Verwendet man hingegen SiHCIp oder SiH^Cl, so ergeben sich erfahrungsgemäß etwas abweichende Werte.If a SiHCl or SiCl. and hydrogen existing reaction gas is used, the SiHCl, - or the SiCl. -Content of the reaction gas at most 5 mol $ be. If, on the other hand, SiHCIp or SiH ^ Cl are used, then the result is Experience has shown that the values differ slightly.
In der Pig. 1· ist ein Diagramm einer Abscheidungskurve dargestellt, wie sie ein zur Durchführung der Erfindung geeignetes Reaktionsgas besitzen muß. Als Abszisse ist die Temperatur der Trägeroberfläche, als Ordinate die Menge m der in derIn the pig. 1 a diagram of a deposition curve is shown, as must have a reaction gas suitable for carrying out the invention. The abscissa is the temperature the support surface, the ordinate is the amount m of the
Minute je cm auf der Trägeroberfläche niedergeschlagenen Siliziummenge aufgetragen. Die Strömungsgeschwindigkeit des Reaktionsgases durch das Abscheidungsgefäß· ist dabei festgehalten. Bei einer Temperaturschwelle TQ beginnt die AbscheidungMinute per cm of silicon amount deposited on the carrier surface. The flow rate of the reaction gas through the separation vessel is recorded. The deposition begins at a temperature threshold T Q
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an Silizium merklich zu werden und steigt bis zu einer Temperatur 2Lax zunächst an, um bei weitersteigender Temperatur wieder abzufallen. Die Arbeitstemperatur der Trägeroberfläche T, bei der die Abscheidung vorgenommen wird, soll größer als die Temperatur T„„ sein. Sie soll aber anderer-to become noticeable on silicon and initially increases up to a temperature 2L ax , only to decrease again as the temperature continues to rise. The working temperature of the carrier surface T at which the deposition is carried out should be greater than the temperature T "". But she should be different
maxMax
seits kleiner als die Schmelztemperatur Te des Trägers, also im Beispielsfalle vom Silizium, kleiner als 1415 C sein.lower than the melting temperature T e of the carrier, i.e. lower than 1415 ° C. in the example of silicon.
Anhand der Pig. 2 soll die Durchführung des erfindungsge-mäßen Verfahrens in Form eines Beispiels näher beschrieben werden. In einem aus Quarz bestehenden zylindrischen Abscheidegefäß 1 ist mittels Quarzhalterungen 2,2' ein aus hochreinem Silizium bestehender stabförmiger Trägerkörper 3 in vertikaler Lage gehaltert. Das Reaktionsgefäß weist eine EingangsÖffnung 4 und eine AusgangsÖffnung 5 für das durchströmende Reaktionsgas auf. Zur Beheizung des Trägers dient eine lange, außerhalb des Behandlungsgefäßes und konzentrisch zum Träger angeordnete, dicht gewickelte Induktionsspule 6, die von hochfrequentem Viechselstrom, der von einem Hochfrequenzgenerator 7 geliefert wird, gespeist wird. Das Reaktionsgas besteht aus 2 Mol# SiHCl5 und 98 M0I5S H2; es wird erzeugt, indem man einen Wasserstoffstrom durch ein mit flüssigem SiHCl5 angefülltes Verdampfergefäß 8 leitet, dessen Temperatur durch ein Temperaturbad 10 konstant gehalten wird, per verwendete Wasserstoff und das verwendete SiHCl5 liegen in hochreinem Zustand vor. _ 11Look the Pig. 2 the implementation of the method according to the invention is to be described in more detail in the form of an example. In a cylindrical separating vessel 1 made of quartz, a rod-shaped support body 3 made of high-purity silicon is held in a vertical position by means of quartz holders 2, 2 '. The reaction vessel has an inlet opening 4 and an outlet opening 5 for the reaction gas flowing through. A long, tightly wound induction coil 6, which is arranged outside the treatment vessel and concentrically to the carrier and which is fed by high-frequency Viechselstrom supplied by a high-frequency generator 7, is used to heat the carrier. The reaction gas consists of 2 moles of SiHCl 5 and 98 mol% of H 2 ; it is generated by passing a hydrogen stream through an evaporator vessel 8 filled with liquid SiHCl 5 , the temperature of which is kept constant by a temperature bath 10, the hydrogen used and the SiHCl 5 used are in a highly pure state. _ 11
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Zur Bestimmung der Menge des in das Reaktionsgefäß in der Zeiteinheit eintretenden Reaktionsgases ist der Gasströmungsgeschwindigkeitsmesscr 9 vorgesehen. Außerdem ist, wie in "Pig. 2 dargestellt, eine "Überbrückung des Yerdainpfungsgefäßes 8 vorgesehen, so daß das aus dem Verdampfer kommende Gas nach Bedarf mit reinem Wasserstoff weiterverdünnt werden kann.To determine the amount of in the reaction vessel in the The unit of time entering reaction gas is the gas flow rate meter 9 provided. In addition, as shown in “Pig provided so that the gas coming from the evaporator after If required, it can be further diluted with pure hydrogen.
Durch die Temperatur des Verdampfungsgefäßes und die Strömungsgeschwindigkeit des das Verdampfergefäß durchströmenden Wasserstoffgases wird die in der Zeiteinheit in das Reaktionsgas gelangende Menge an SiHCl* festgelegt. Durch Variation dieser Größen kann also der Gehalt des Reaktionsgases an SiHCl, eingestellt werden. Dieser Gehalt hängt natürlich auch von der ,Größe und der Porm des Verdampfungsgefäßes ab,, so daß Angaben über !!temperatur im Verdampfergefäß und Strömungsgeschwindigkeiten, die für alle Anordnungen gültig sind, nicht gemacht.werden können. Mit Hilfe eines den gesaraten Wasserstoff strom messenden Gasströmungsmessers kann jedoch die in einer bestimmten Zeit gebrauchte Wasserstoffmenge gemessen und durch Regelung des Wasserstoffstromes nach Belieben eingestellt werden. Schaltet man zur Ermittlung der während des Betriebes einzustellenden Parameter der Verdampfertemperatur und der Strömungsgeschwindigkeit des Wasserstoffgases in Vorversuqhen anstelle des Abscheidungsgefäßes eine Kühlfalle, in der das gesamte, vom Wasserstoffstrom mitgeführte SiHCl, zum Ausfrieren gebracht wird, so kann der Gehalt des !Dräger-By the temperature of the evaporation vessel and the flow rate of the flowing through the evaporator vessel Hydrogen gas, the amount of SiHCl * that gets into the reaction gas in the unit of time is determined. By variation The SiHCl content of the reaction gas can therefore be adjusted to these parameters. Of course, this salary also depends of the, size and shape of the evaporation vessel, so that Information on the temperature in the evaporator vessel and flow velocities, which are valid for all arrangements, are not can be made. With the help of one of the entire hydrogen flow measuring gas flow meter can measure the amount of hydrogen used in a certain time and can be adjusted at will by regulating the hydrogen flow. If you switch to the determination of the The parameters of the evaporator temperature to be set during operation and the flow rate of the hydrogen gas in preliminary tests Instead of the separation vessel, a cold trap in which all of the SiHCl entrained by the hydrogen stream, is made to freeze out, the content of the! Dräger-
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gases, welches "bei einer "bestimmten Verdampfertemperatur einer bestimmten Strömungsgeschwindigkeit des Wasserstoffgases von diesem aufgenommen wird, leicht bestimmt v/erden. Auf Grund einiger, mit verschiedenen Strömungsgeschwindigkeiten und/ oder Verdampfertemperaturen durchgeführter Vorversuche läßt sich auf Grund der dabei gewonnenen Ergebnisse leicht eine Kombination von zur Erzielung eines Reaktionsgases mit einem Gehalt von 2 Mol$ SoHCl, und 98 Mol# Wasserstoff notwendigen Werte für die Trägergasgeschwindigkeit und der Temperatur des Verdampfers bestimmen, die dann, während des eigentlichen Abscheidungsprozesses, zur Anwendung gelangen.gases, which "at a" certain evaporator temperature a certain flow rate of the hydrogen gas is taken up by this, easily determined v / ground. Because of some preliminary tests carried out with different flow rates and / or evaporator temperatures On the basis of the results obtained, a combination of to achieve a reaction gas with a Content of 2 mol $ SoHCl, and 98 mol # hydrogen necessary Values for the carrier gas velocity and the temperature of the evaporator determine which then, during the actual Deposition process, used.
Um den Abscheidungsvorgang mit der in 3?ig. 2 dargestelltenTo compare the deposition process with that in 3? Ig. 2 shown
f e Apparatur einzuleiten,wird der Träger ^gebenenfalls nach Vorwärmung auf die gewünschte Abscheidungstemperatur erhitzt, indem das Induktionsfeld der -Spule 6 eingeschaltet und auf die zur Erhitzung des Trägers auf die gewünschte Glühtemperatur erforderliche Stärke gebracht wird. Zur Abscheidung empfiehlt es sich, im Beispielsfalle eine Temperatur T von etwa 125O0C einzustellen, da dann der fallende Ast der Abscheidungskurvo gem. Hg. 1 bei der gewählten Zusammensetzung des Eeaktionsgases besonders steil verläuft. Die Abscheidungstemperatur v/ird in· bekannter Weise überwacht und konstant gehalten. Vor Beginn " des eigentlichen Abscheidungsvorganges ist es zweckmäßig, den· Träger einige Zeit im Wasserstoffstroß zu glühen. Zur Einleitung des Abscheidungsvorganges wird dann das Reaktionsgas in der notwendigen, z.B. in der skizzierten Y/eise, auf Grund «If necessary, after preheating to the desired deposition temperature, the carrier is heated to the desired deposition temperature by switching on the induction field of the coil 6 and bringing it to the strength required to heat the carrier to the desired annealing temperature. For the separation, it is advisable to set a temperature T of about 125O 0 C in the example, since the falling branch of the separation curve according to Hg. 1 then runs particularly steeply with the selected composition of the reaction gas. The deposition temperature is monitored in a known manner and kept constant. Before starting the actual deposition process, it is advisable to glow the carrier in a hydrogen stream for some time.
j .80.9803/0395-j .80.9803 / 0395-
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von Vorversuchen ermittelter Zusammensetzung,- in das Reaktionsgefäß eingeleitet. .composition determined by preliminary tests, - into the Reaction vessel initiated. .
Das Einsetzen eines fallenden Bereiches der Temperaturabs cheidungskurve hängt wahrscheinlich mit der Bildung von Subhälogeniden zusammen, deren Bildung in zunehmendem Maße mit steigender Temperatur so begünstigt v/ird, daß sich die Subhalogenidbildung oberhalb einer gewissen, bereits oberhalb der Bildungsschwelle, von freiem Silizium aus dem Reaktionsgas liegenden Temperaturschwelle im Vergleich zur Bildung von freiem Silizium stärker in den Vordergrund schiebt. Natürlich kommen auch noch andere Reaktionen, z.B. Disproportionierungen oder Auflösen von bereits gebildetem Silizium in Betracht, einen Bereich fallenden Verlaufs der Temperaturabscheidungskurve im Sinne der Pig. I hervorrufen.The onset of a falling area of the temperature separation curve is likely to be related to formation composed of sub-halogenids, the formation of which is so favored with increasing temperature that the subhalide formation above a certain, already above the formation threshold, of free silicon from the Reaction gas lying temperature threshold in comparison to the formation of free silicon more in the foreground pushes. Of course there are also other reactions, e.g. disproportionation or dissolution of what has already formed Silicon into consideration, a region of falling course of the temperature deposition curve in the sense of Pig. I evoke.
4 Patentansprüche
2 Figuren4 claims
2 figures
809803/0395809803/0395
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