DE2048155A1

DE2048155A1 - Anordnung zum Abscheiden von kri stallinem Halbleitermaterial

Info

Publication number: DE2048155A1
Application number: DE19702048155
Authority: DE
Inventors: Konrad Dipl Chem Dr phil nat 8011 Vaterstetten Reuschel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-09-30
Filing date: 1970-09-30
Publication date: 1972-04-06
Also published as: BE764761A; AT321992B; SE363978B; GB1332583A; CA960551A; NL7108122A; FR2108381A5; JPS531204B1; CH561081A5; CS166293B2; SU493954A3

Description

Anordnung zum Abscheiden von kristallinem Halbleitermaterial

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Abscheiden von kristallinem Halbleitermaterial durch Reaktion einer gasförmigen Verbindung des Halbleitermaterials mit einem gasförmigen Reduktionsmittel auf einem erhitzten Trägerkörper aus demselben Material.

iiine solche Anordnung ist bereits beschrieben worden. Sie weist ein aus Quarz bestehendes ReaktionsgefäiS auf, in das ein Gemisch aus Silicocloroforra SiHCl,, und Wasserstoff H₂ eingeleitet wird. Im Reakiionsgefäß befindet sich ein aus Siliziumstäben zusammengesetzter Trägerkörper, der auf eine Temperatur zwischen 1050 und 1250⁰C aufgeheizt wird. Das eingeleitete Gasgemisch reagiert etwa nach der Gleichung SiHCl., + H₂ = Si + 3HCl. Bei Verwendung von anderen Ausgangsstoffen als SiHCl, z.B. von SiCl^, SiHo Cl₂J 8iJ,, oiBr, usw. ergibt sich eine entsprechende Reaktion. -

i\fach dem Massenwirkungsgesetz wird durch Erhöhen des v/asserstoffanteils der Eeaktionsablauf in der gewünschten Richtung gefördert. Me Abscheidungsrate ist dabei neben dem Durchsatz an Gasgemisch auch von der Temperatur abhängig, bei welcher die Reaktion stattfindet, üline Abscheidung findet aber nicht nur am Trägerkörper, sondern z.B. auch an der Innenseite des Reaktionsgefäßes und

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anderen erhitzten Teilen aer .anordnung statt, wenn ciese ■ auf eine Temperatur von über 9OO°C aufgeheizt sind. Das an den anderen Teilen der Anordnung abgeschiedene Halbleitermaterial reagiert dann mit den in diesen Teilen ent*· haltenen Verunreinigungen, blättert oft ab und wird durch den Gasstrom auf den frägerkörper transportiert und mit weiterem Halbleitermaterial eingebaut, ^s ist dann für Halbleiterbauelemente nicht mehr brauchbar. Dadurch geht kostbares Halbleitermaterial verloren.

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, die Anordnung der eingangs erwähnten Gattung so zu verbessern» daß ein Abscheiden am Reaktionsgefäß vermieden und das Halbleitermaterial nur noch am Trägerkörper abgeschieden wird.

Dies wird dadurch, erreicht, daß ein rohrfö'rmiger Trägerkörper vorgesehen ist, dessen Inneres gegen die Außenatmosphäre abgedichtet ist, und daß das Innere mit einer Quelle verbunden ist, die die gasförmige Verbindung und das Reduktionsmittel liefert·

Vorzugsweise ist das Rohr von einer Spule umgeben, die mit hochfrequentem Wechselstrom gespeist ist. &s kann auch direkt an eine Spannungsquelle angeschlossen sein. Das Rohr kann zweckmäßigerweise an Luf tf oder auch in. einen Behälter liegen, der mit Schutzgas gefüllt ist.

.Die Erfindung wird anhand zweier lusführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren 1 und 2 näher erläutert.

In Figur 1 ist eine Anordnung zum Abscheiden von Halbleitermaterial gezeigt. Bisse Anordnung

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weist ein Rohr 1 auf, das aus dem gleichen Material besteht wie das abzuscheidende Halbleiterma-fcerial, Dieses Rohr ißt an beiden Enden mit Kegelschliffen 2 versehen* in denen ebenfalls mit Kegelschliffen versehene Stoffen 3 und 4 sitzen· Diese Stopfen schließen das Bohr 1 gegen die Außenatmosphäre ab. Der Stopfen weist ein Einlaßrohr 5 und der Stopfen 4 ein Auslaßrohr 6 auf. Das Halbleiterrohr 1 ist von einer Wicklung 7 umgeben und ruht auf Stützen 8. Auf dem Halbleiterrohr 1 sitzt ein Ring 9 aus gut leitenden Material, z.B. aus Graphit· Das Rohr 1 ist über das Eijalaßrohr 5 mit einer Quelle versehen, die die gasförmige Verbindung und das Reduktionsmittel liefert. Die schematische gezeigte Quelle besteht aus Rohren 22, 24, 26, aus Ventilen 23, 25» 28 und aus einem Behälter 27.

Zum Abscheiden von Halbleitermaterial, z.B. Silizium wird das aus Si bestehende Rohr 1 auf eine Temperatur zwischen 1030 und 125O⁰C aufgeheizt. Bas Rohr kann induktiv ait Hilfe eines hochfrequenten Feldes erhitzt werden· Dazu wird die Spule 7 Bit hochfrequentem Wechselstrom gespeist. Da insbesondere hochreines Halbleitermaterial in kaltem Zustand ein schlechter Leiter ist, erhitzt sich zueerst der Graphitring 9, der seinerseits das Halbleiterrohr 1 entlang seines IMfanges durch Wärmeleitung erhitzt« Ausgehend von dieser Stelle erhöht sich die Temperatur des Halbleiterrohres 1, so daß sein Widerstand an diesen Stellen sinkt. Daait übernimmt die hochfrequenten Wechselstrom führende Wicklung 7 die Heizung des Halbleiterrohres 1 direkt· Das Rohr 1 kann aber auch dadurch erhitzt werden, daß es direkt von einen Strom durchflossen wird. Dazu werden die Enden des Rohres an eine Spannungsquelle gelegt, deren Klemmen mit 30, 29 bezeichnet sind· Soll das Rohr 1 durch Strahlung erhitzt werden, so ist die Wicklung 7 als Strahlungsheizer ausgebildet.

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Ist das Halbleiterohr 1 auf die zum Abscheiden notwendige Temperatur erhitzt, so wird durch aas Elniaßrohr 5 ein Gemisch aus einer gasförmigen Verbindung des gleichen Halbleitermaterials und einem Reduktionsgas eingeleitet. Besteht das Halbleiterrohr 1 z.B. aus Silizium, so verwendet man als gasförmige Verbindung z.B. Siiicoclorpform SiHCl, una als iteauktionsgas Wasserstoff Hp. jjüi¹ Wasserstoff wird in aas Rohr 22 eingeblasen und strömt durch das Ventil 23 in das Ventil 25, das als Mischventil ausgebildet ist. Durch- aas Rolxr 26 wird Wasserstoff in den Behälter 27 eingeblasen, der flüssiges Silicocloroform SiKOl., enthält. Der Wasserstoff durchströmt das SiHCl., Und belüat sich mit gasförmigem SiHCi,. Dieses Gasgemisch strömit durch das Ventil 2Q in uas Ventil I^. Mit den Ventilen 23 und 2b wird aas MoJverhältnis beider Gase eingestellt, während mit dem Ventil 2b uer Durchsatz eingestellt wird. ' .

An den erhitzten Steilen im Inneren 10 des Halbleiterrohres 1 scheinet sich dann oiliziurn 11 ab. Aus dem auslaßrohr 6 entweicht aas überschüssige Gemisch und das Reaktionsprodukt, im vorliegenden Fall Chlorwasserstoff HCl. Um eine gute Ausnutzung des Halbleiterrohres 1 zu erreichen, scheidet man soviel Halbleitermaterial ab, bis das Innere 10 des Rohres zugewachsen ist.-Dann wird die Reaktion beendet und das. Halbleiterrohr kann mit dem abgeschiedenen Halbleitermaterial zerkleinert una als Ausgangsmaterial Z..B. für-.das Tiegelziehen verwendet werden..

Die Anordnung nach i'igur 2 unterscheidet si~ch von uer- nach ■Figur 1 im wesentlichen dadurch, αaß das Hälbieiterrohr 1 ■ von einem Reaktionsgefäß umgeben ist. Dies ist dann notwendig, wenn dai Halbleiterrohr 1 während des Abscheidevorgange nicht an Luft, sondern in einer Schutzgasatmosphäre liegen soil. · ' ._ ■

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Gleiche Teile wie in Figur 1 haben auch in Figur 2 gleiche Bezugszeichen. Das Halbleiterrohr 1 liegt in einem Reaktionsgefäß H, z.B. einer Ampulle aus Quarz. Diese Ampulle 14 ist an ihren Enden mit Kegelschliffen 15 versehen, die mittels ebenfalls einen Ke^elschliff aufweisender Stopfen 16 und 17 verschlossen sind. Der Stopfen 16 weist ein üuslaßrohr 18 und der Stopfen 17 ein Einlaßrohr 19 auf, das mit einer Quelle 20 verbunden ist, die das Schutzgas liefert. Die zu den Stopfen 5 und des Halbleiterrohres 1 gehörenden Rohre sind soweit verlängert, daß sie durch aie Stopfen 16 und 17 hindurchragen. Die tfieklung 7 ist hier außerhalb aer ampulle·14 angeordnet, sie kann jedoch auch innerhalb der Ampulle angeordnet sein. Zum Abscheiden von Halbleitermaterial im Inneren des Halbleiterrohres wira, wie oben beschrieben, durch das Einlaßrohr 12 das Reaktionsgemisch eingeleitet, wenn das Halbleiterrohr 1 aufgeheizt ist. Durch das Rohr tritt das überschüssige iteEikt ions gemisch und ein Reaktionsprodukte z»B. Chlorwasserstoff HOl aus.

Das Innere der Ampulle 14 wird mit einem aus der Quelle 20 stammenden inerten Gas, z.B. Argon oder Stickstoff gefüllt, das durch das Einlaßrohr 19 in das Innere aer Ampulle H strömt. Dieses Schutzgas umspült aas Halbleiterrohr 1 und die Kegelschliffe 2, so daß der Zutritt von in der Atmosphäre enthaltenen VerunreinigungS3toffen in das Innere des Rohres 1 sicher verhindert wird. Das Schutzgas kann aurch aus Auolaßrohr 19 wieder austreten. Es genügt jedoch, wenn aas Innere der.Ampulle 14 mit einem Schutzgas gefüllt wird und üie Ampulle gegen die Außenatmosphäre verschlossen wira. Zweckmäßigerweise wira aas Halbleiterrohr und die Ampulle so lang gemacht, daß die Dichtstellen zwischen Stopfen und Rohrwand nicht übermaßig erhitzt werden. Dann genügt er;, wenn .las ilalbj,eiterrohr 1 z.B. mit einem Quarsstopfen uim die Ampulle

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z.B. mittels eines Gummistopfens verschlossen wira.

Durch das Verfahren gemäß dar Erfindung läßt sich eine hohe Abscheidungsrate erzielen, ohne aaß sich Halbleitermaterial an anderen Stellen als am Trägerlcörper abscheidet. Da das Halbleitermaterial außerdem in aer beheizten Zone nur mit dem gleichen Halbleitermaterial in 3erürirur*,_\..Kommt, ist eine Verunreinigung des Halbleitermaterials aurcn anaere Stoffe ausgeschlossen. ' ,

Die Erfindung ist nicht auf eine Anordnung zum Abscheiden von Silizium beschränkt. Sie ist auf gleiche »/eise auch zur Abscheidungvon Germanium in einem Germaniumrohr brauchbar. Dies kann bei 750 - 900 C z.B. mit Germaniumtetaclorid SiCl. und H_? geschehen. Bei der Abscheidung voji SiC in einem Rohr aus SiC wird als Ausgangmaterial z.B. SiCH,ül, und H₂ verwendet, das bei einer Temperatur von 1100 - 135O⁰C reagiert. Aj-j-x-By-Verbindungen lassen sich aus den Halogeniden außer den Fluoriden der entsprechenden Stoffe bei Temperaturen von 850 - 1100⁰C abscheiden.

11 Patentansprüche
2 Figuren

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Claims

Pat ent ans ρ rüche

1.) Anordnung zum Abscheiden von kristallinem Halbleitermaterial durch Reaktion einer gasförmigen Verbindung des Halbleitermaterials mit einem gasförmigen Reduktionsmittel auf einem erhitzten Trägerkörper aus demselben Material, dadurch g e k e η η ζ e i c h η et, daß als Trägerkörper ein Rohr (1) vorgesehen ist, dessen Inneres gegen die Außenatmosphäre abgedichtet ist, und daß das Innere (10) mit einer Quelle (20) verbunden ist, die die gasförmige Verbindung und das Reduktionsmittel liefert.

2.) Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (1) von einer Spule (7) umgeben ist, die mit hochfrequenten Wechselstrom gespeist ist.

5.) Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Rohr (1) an eine Spannungsquelle (30,29) angeschlossen ist.

4.) Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 31 dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr an Luft liegt.

5·) Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» d adurch gekennzeichnet , daß das Rohr (1) in einem Behälter (H) liegt, der mit Schutzgas gefüllt ist.

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6.) Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a durch gekennzeichnet , daß das Rohr aus Silizium besteht.

7.) Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5» d a durch gekennzeichnet, daß das Rohr aus Germanium besteht.

8.) Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5» d a durch gekennzeichnet , daß das Rohr aus Siliziumearbid besteht.

9.) Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5» d a durch gekennzeichnet , daß das Rohr aus Gralliumarsenid besteht.

1Θ.) Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet , daß das Rohr aus Indiumphosphid besteht.

11.) Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr aus Indiumantimonid besteht.

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