DE2016339B2 - Verfahren zum Herstellen eines Hohlkörpers aus Halbleitermaterial - Google Patents
Verfahren zum Herstellen eines Hohlkörpers aus HalbleitermaterialInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines mindestens einseitig
offenen Hohlkörpers aus Halbleitermaterial durch Abscheiden aus einer gasförmigen Verbindung des
Halbleitermaterials auf einen aus einem anderen Material bestehenden, beheizten Trägerkörper, der
nach dem Abscheiden einer genügend dick bemessenen Schicht des Halbleitermaterials ohne Zerstörung derselben
entfernt wird.
Ein solches Verfahren ist bereits vorgeschlagen worden. Die vorliegende Erfindung bezweckt, ein
Verfahren der obengenannten Gattung so auszubilden, daß es möglich ist, aus Halbleitermaterial bestehende
Hohlkörper herzustellen, deren Wände von gleichmäßiger, homogener Beschaffenheit sind.
Diese Forderung ist bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Gattung nicht ohne weiteres zu
erfüllen. Beim Abscheiden von Halbleitermaterial aus einer gasförmigen Verbindung des Halbleitermaterials
auf einen aus einem anderen Material bestehenden, beheizten Trägerkörper können sich nämlich insbesondere
am Anfang des Abscheidevorganges spontan Kristallite bilden. Diese Kristallite haben im allgemeinen
die Form von Nadeln und stehen senkrecht zur Oberfläche des beheizten Trägerkörpers. An den
Nadeln scheidet sich weiteres Halbleitermaterial ab, und die Nadeln vergrößern sich zu warzenförmigen
Gebilden. Solche Gebilde verhindern eine gleichmäßige und homogene Ausbildung der Wandungen des
Hohlkörpers. Dies kann z. B. dazu führen, daß die Wandungen an manchen Stellen so dünn werden, daß
sie dort gasdurchlässig sind. Solche Hohlkörper sind aber z. B. als Behälter für die Ampullendiffusion von
Halbleiterscheiben nicht brauchbar.
Auf der anderen Seite werden die Wandungen aber auch sehr viel dicker als gewünscht, d. h. der
Außendurchmesser eines solchen Hohlkörpers wird an manchen Stellen größer als gewünscht Bei der
Ampullendiffusion wird der mit Halbleiterscheiben gefüllte Hohlkörper aus Halbleitermaterial nämlich in
einem Quarzrohr untergebracht, dessen Durchmesser
möglichst klein gehalten werden solL Das ist insbesondere dann sehr einfach zu erfüllen, wenn die
Wandstärke eines Hohlkörpers aus Halbleitermaterial gleichmäßig und nicht durch die bereits erwähnten
walzenförmigen Gebilde beeinträchtigt ist
Man ist aber auch noch aus einem anderen Grunde bestrebt, eine möglichst gleichmäßige Wandstärke bei
einem Hohlkörper aus Halbleitermaterial zu erzielen.
In diesem Hohlkörper werden nämlich die Halbleiterscheiben nicht nur einer Diffusion unterzogen, sondern
auch nach der Diffusion abgekühlt Sollen die in der Ampulle untergebrachten Halbleiterscheiben beim
Abkühlen frei von Verspannungen bleiben, so empfiehlt es sich, die Ampulle so auszubilden, daß der Temperaturgradient im Inneren möglichst klein ist Eine Ampulle
aus Halbleitermaterial, das bei den Diffusionstemperaturen ein sehr guter Wärmeleiter ist, erfüllt diese
Forderung aber erst dann zufriedenstellend, wenn ihre Wandstärke fiberall gleichgroß ist
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet daß die gasförmige Verbindung des Halbleitermaterials in
einem solchen Verhältnis mit einem Reduktionsgas verwendet wird, daß sich von Beginn der Reaktion an
bei einer bestimmten Temperatur ein Zustand nahe dem Reaktionsgleichgewicht einstellt
Durch diese Maßnahme wird gewährleistet, daß sich
ein langsames, gleichmäßiges Wachstum der Halbleiterkristalle auf dem Trägerkörper einstellt Eine Bildung
von Kristailiten, die dann entstehen würde, wenn die jo
gasförmige Verbindung des Halbleitermaterials stark im Überschuß in dem Reaktionsgemisch vorhanden wäre,
kann hierbei somit nicht auftreten.
Beim Abscheiden von Halbleitermaterial auf einen beheizten Trägerkörper ist nun vor allem das erste js
Verfahrensstadium zu beachten. Dieses zeichnet sich dadurch aus, daß im Reaktionsgefäß noch kein oder nur
wenig Halbleitermaterial auf dem Trägerkörper abgeschieden wurde. Das in das Reaktionsgefäß eingeleitete
Reaktionsgemisch, bestehend aus einer gasförmigen 4a Verbindung des Halbleitermaterials, bei Silizium z. B.
Silicochloroform SiHCl3 und molekularer Wasserstoff
H2 als Reduktionsgas, ist also in diesem Stadium am
Beginn des Abscheidevorganges stark im Überschuß vorhanden. Nach dem Massenwirkungsgesetz findet
daher eine sehr schnelle Umsetzung von SiHCh und H2 in Silizium und Chlorwasserstoffgas HCl statt Dies
begünstigt, wie eingangs erläutert, die Bildung von Kristailiten.
Um langsames Kristallwachstum auch im ersten Stadium des Abscheidevorganges zu erzielen, wird zum
Herstellen z. B. eines Silizium-Hohlkörpers bei Beginn
des Abscheidevorganges ein Verhältnis gewählt, bei dem sich zunächst 0,002 g bis 0,1 g Si/cm2h abscheiden,
bis eine Stärke der niedergeschlagenen Schicht von η wenigen μιτι erreicht ist Es genügt dazu, wenn die
Schicht 2 bis 5 μΐη dick ist Dann wird das Verhältnis
geändert bis zur Abscheidung von 0,05 bis 0,2 g Si/cm2h.
Als besonders wirtschaftlich hat sich dabei ein Verhältnis herausgestellt, bei dem zunächst 0,05 g bo
Si/cm2h und dann 0,02 g Si/cm2h abgeschieden wird.
Bei der Verwendung von molekularem Wasserstoff H2 als Reduktionsgas und SiHCl3 als gasförmige
Verbindung wird dazu bei einer Temperatur von ca. 1200° C ein Mol verhältnis beider Stoffe von 1 :0,02 bis
1 :0,2 eingestellt Zu Beginn der Reaktion wird bis zur
Abscheidung einer wenige μιτι starken Schicht ein
Durchsatz eingestellt der >/ioo bis >/z des normalen
Durchsatzes entspricht Besonders wirtschaftlich wird mit einem Molverhältnis von etwa 1 :0,08 gearbeitet In
eäier Bruttoformel läßt sich das letzte Ausführungsbeispiel so ausdrücken:
1 SiHCl3+12 H25F^ 1 Si+3 HCl +11 H2
Diese Reaktion läuft bei einer Temperatur von etwa 1200°C aahe dem Reaktionsgleichgewicht ab. Als
zweckmäßig hat sich ein Durchsatz an Reaktionsgemisch von etwa 5 l/cm2h Oberfläche des Hohlkörpers
herausgestellt, der zu Beginn der Reaktion bis zur Abscheidung einer z. B. 2 bis 5 um starken Schicht auf
etwa 0,05 bis 2J5 l/cm2h eingesetllt wird.
Bei Verwendung von Tetrachlorsilan SiCU als gasförmiger Verbindung empfiehlt es sich, bei einer
Temperatur von etwa 1200° C ein Molverhältnis von 1:0,005 bis 1 :0,05 einzustellen. Auch hierbei wird bei
Beginn der Reaktion bis zur Abscheidung einer wenige μπι starken Schicht ein Durchsatz eingestellt, der '/100
bis 1/2 des normalen Durchsatzes von z.B. 51/cm2h
Oberfläche entspricht Bei Verwendung von Dichlorsilan SiH2Cl2 als gasförmige Verbindung wird bei einer
Temperatur von etwa HOO0C zweckmäßigerweise ein Molverhältnis von 1 :0,05 bis 1 :0,5 eingestellt Bei
Beginn der Reaktion wird wie in dem obenerwähnten Beispiel bis zur Abscheidung einer wenige μπι starken
Schicht ein Durchsatz gewählt, der Vioo bis Ui des
normalen Durchsatzes, also etwa 0,05 bis 0,25 l/cm2h
Oberfläche entspricht Bei der zuletzt genannten gasförmigen Verbindung arbeitet man besonders
wirtschaftlich, wenn das Molverhältnis 1 :0,15 beträgt
Eine weitere Verbesserung in Richtung auf eine gleichmäßige Wandstärke wird durch eine Absenkung
der Temperatur der Oberfläche, auf die abgeschieden wird, während des Abscheidens erreicht Zweckmäßigerweise beträgt die Absenkung etwa 30 bis 100° C, als
brauchbarer Wert hat sich etwa 20°C/mm Wandstärke erwiesen. Würde man die Temperatur nicht absenken,
so kann es nämlich wegen der mit steigender Wandstärke abnehmenden Wärmestrahlung zu starken
Temperaturunterschieden zwischen der Außenseite und der Innenseite des Hohlkörpers kommen. Als Folge
davon treten unter Umständen Risse in den Wandungen auf, die die Hohlkörper unbrauchbar machen.
Da es zur Verhinderung einer Kristallitbildung darauf
ankommt, die Umsetzung der gasförmigen Verbindung des Halbleitermaterials in das Halbleitermaterial selbst
möglichst nahe am Reaktionsgleichgewicht zu halten, kann in den Reaktionsraum mindestens zu Beginn der
Abscheidung Halogenwasserstoff, insbesondere Chlorwasserstoffgas, eingeleitet werden. Dies beeinflußt die
Reaktion im Sinne einer Bremsung der Abscheidung des Halbleitermaterials. Damit ist es auch möglich, SiH4 zur
Herstellung von Hohlkörpern zu verwenden. Allerdings muß in diesem Fall unbedingt Halogenwasserstoff
zugesetzt werden.
Die Reaktion kann auch durch Zusatz von Inertgas (z. B. Ar oder He) gebremst werden. Dies gilt auch für
die obenerwähnten anderen Reaktionsgemische.
Das Verfahren, das am Beispiel des Si-Hohlkörpers
beschrieben wurde, ist auch zur Herstellung von Hohlkörpern aus SiC, Ge, III/V-Verbindungen wie
GaAs, InSb usw. anwendbar.
Claims (14)
- Patentansprüche:t. Verfahren zum Herstellen eines mindestens einseitig offenen Hohlkörpers aus Halbleitermaterial durch Abscheiden aus einer gasförmigen Verbindung des Halbleitermaterials auf einen aus einem anderen Material bestehenden, beheizten Trägerkörper, der nach dem Abscheiden einer genügend dick bemessenen Schicht ohne Zerstörung desselben entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die gasförmige Verbindung des Halbleitermaterials in einem solchen Verhältnis mit einem Reduktionsgas, das sich von Beginn der Reaktion an bei einer bestimmten Temperatur ein Zustand nahe dem Reaktionsgleichgewicht einstellt, verwendet wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Herstellen eines Silizium-Hohlkörpers bei Beginn des Abscheidevorganges ein Verhältnis gewählt wird, bei dem sich zunächst Ο,ΟΟ:.1 g bis 0,1 g Si/cm2h abscheiden, bis eine Stärke der niedergeschlagenen Schicht von wenigen μπι errecht ist, und daß dann das Verhältnis bis zur Abscheidung von 0,05 bis 0,2 g Si/cm2h geändert wird.
- 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Beginn des Abscheidevorganges ein Verhältnis gewählt wird, bei dem sich zunächst 0,05 g Si/cm2h abscheiden, bis eine Stärke der abgeschiedenen Schicht von wenigen μπι erreicht ist und daß dann das Verhältnis bis zur Abscheidung von 0,1 g Si/cm2h geändert wird.
- 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von H2 als Reduktionsgas und SiHCl3 als gasförmiger Verbindung bei einer Temperatur von etwa 12000C ein Molverhältnis beider Stoffe von 1 :0,02 bis 1 :0,2 eingestellt wird und daß zu Beginn der Reaktion bis zur Abscheidung einer wenige μΐη starken Schicht ein Durchsatz, der </ioo bis '/2 des normalen Durchsatzes entspricht, eingestellt wird.
- 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Molverhältnis von 1 :0,08 eingestellt wird.
- 6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von H2 als Reduktionsgas und SiCU als gasförmiger Verbindung bei einer Temperatur von etwa 12000C ein Molverhältnis beider Stoffe von 1 :0,005 bis 1 :0,05 gewählt wird und daß bei Beginn der Reaktion bis zur Abscheidung einer wenige μΐη starken Schicht ein Durchsatz, der Vioo bis '/2 des normalen Durchsatzes entspricht, eingestellt wird.
- 7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Molverhältnis von 1 -.0,08 eingestellt wird.
- 8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von H2 als Reduktionsgas und S1H2CI2 als gasförmiger Verbindung bei einer Temperatur von etwa 11000C ein Molverhältnis beider Stoffe von 1 :0,05 bis 1 :0,5 eingestellt wird und daß bei Beginn der Reaktion bis zur Abscheidung einer wenige μπι starken Schicht ein Durchsatz, der '/ioo bis '/2 des normalen Durchsatzes entspricht, gewählt wird.
- 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Molverhältnis von 1 :0,15 einge-stellt wird.
- 10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der gasförmigen Verbindung des Halbleitermaterials und dem Reduktionsgas Halogenwasserstoff, insbesondere Chlorwasserstoffgas, beigemischt wird.
- 11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der gasförmigen Verbindung des Halbleitermaterials und dem Reduktionsgas ein Inertgas beigemischt wird.
- 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Durchsatz an der zu beschichtenden Oberfläche an Reaktionsge.nisch von etwa 5 l/cm2h und zu Beginn der Reaktion 0,05 bis 2,5 l/cm2h eingestellt wird.
- 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Reaktionsgemisch S1H4 verwendet wird, dem Halogenwasserstoffgas, vorzugsweise Chlorwasserstoff, beigemischt wird.
- 14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Oberfläche, auf die abgeschieden wird, mit wachsender Stärke der abgeschiedenen Schicht, vorzugsweise bis zu 20° C/mm, abgesenkt wird.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |