DE2050076A1

DE2050076A1 - Vorrichtung zum Herstellen von rohrförmigen Körpern aus Halbleitermaterial, vorzugsweise Silicium oder Germanium

Info

Publication number: DE2050076A1
Application number: DE19702050076
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Chem. Dr. 8000 München; Reuschel Konrad Dr.; Sandmann Herbert Dipl.-Chem. Dr.; 8011 Vaterstetten Dietze
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-10-12
Filing date: 1970-10-12
Publication date: 1972-04-13
Also published as: CS188118B2; SU430532A3; DE2050076B2; DE2050076C3; SE367443B; NL7111264A; GB1347368A; CH528301A; BE768301A; FR2111084A5; CA959382A; DK133604B; US3746496A; DK133604C; JPS491393B1

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT München 2, den 1 2. OK11970

Berlin und München Wittelsbacherplatz 2

70/11SG

Vorrichtung zum Herstellen von rohrförmigen Körpern aus HaIbleitermaterial, vorzugsweise Silicium oder Germanium ■

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen von rohrförmigen Körpern aus Halbleitermaterial, vorzugsweise aus Silicium oder Germanium, bei der ein stab- oder rohrförmiger Träger in einen zur Abscheidung des betreffenden Halbleiters befähigten Reaktionsgas erhitzt wird, so daß sich die Mantelfläche des Trägers mit einer Schicht des Halbleitermaterials ™ überzieht, die nach Entfernung des Trägers das gewünschte Rohr bildet.

Gemäß der Erfindung ist dabei vorgesehen, daß mindestens zwei vertikale Träger aus Kohlenstoff an ihrem unteren Ende von je einer Elektrode gehaltert und an ihrem oberen Ende durch eine leitende Brücke, insbesondere aus Kohlenstoff, miteinander verbunden sind.

Diese Anordnung weist zwar Ähnlichkeit mit gewissen bekannten Anordnungen zur Herstellung von Halbleiterstäben, insbesondere aus hochreinem Silicium, auf, bei denen stabförmige Ausgangs- g träger aus polykristallinem oder einkristallinem Silicium in ähnlicher Weise wie die Träger bei den erfindungsgemäßen Verfahren in einem Reaktionsgefäß angeordnet und durch den über die besagten Elektroden zugeführten elektrischen Strom, insbesondere Wechselstrom, auf die für die Abscheidung erforderliche hohe Temperatur aufgeheizt werden. Jedoch verlangt eine erfolgreiche Herstellung von Rohren aus Halbleitermaterial weitere Maßnahmen, welche die zerstörungsfreie Entfernung der Träger von der das Rohr bildenden, insbesondere polykristallinen Halbleiterschicht ermöglichen, die bei der Abscheidung für

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die Herstellung von stabförmigen Halbleiterkristallen nicht üblich sind.

Bevorzugt werden bei den erfindungsgemäßen Verfahren rohrförmige Träger verwendet, die von einem kühlenden Gas, insbesondere Argon oder Stickstoff oder einer Kühlflüssigkeit, durchflossen werden, während an ihrer Außenseite die Abscheidung des betreffenden Halbleitermaterials stattfindet. Gerade durch diese wichtige Maßnahme wird die Ablöslichkeit der Silicium- und Germaniumschichten von den Trägern erheblich gefördert, da sich die gebildeten Rohre ohne Schwierigkeiten von den Trägern abheben lassen, so daß diese wieder erneut verwendungsfähig sind.

Dementsprechend ist die bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein für die Abscheidung bestimmter Träger rohrförmig und als Strömungskanal für ein elektrisch isolierendes gasförmiges oder flüssiges Kühlmittel ausgebildet ist. Die Abscheidung kann (vergleiche Figur 1) an beiden Trägern oder nur an einem Träger stattfinden. Im zweiten Fall sind die beiden Träger zueinander konzentrisch angeordnet (Pigur 2). Hier dient der innere Träger für die Verbindungsbrücke nicht zugleich als Träger für die Abscheidung. Er sorgt aber für eine gleichmäßigere Aufheizung des äußeren, als Substrat für die Halbleiterschicht dienenden Trägers.

Die in Pigur 1 dargestellte Anordnung besteht aus einer Bodenplatte 1 aus Quarz oder einem hitzebeständigen inerten Metall, die mit einer Glocke 2 aus Quarz hermetisch verbunden ist. Im Innern dieses aus den Teilen 1 und 2 gebildeten Reaktionsraums befinden sich zwei vertikale, rohrförmige Träger 3, die in entsprechende Bohrungen 4 der sie halternden Elektrode 5 mit ihren Enden eingesteckt sind. Die Elektroden stehen mit den Zuleitungen 11 in leitender Verbindung. Die Zuleitungen 11 sind

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durch die Bodenplatte 1 des Reaktionsgefäßes gegeneinander isoliert hindurchgeführt.

Die vertikalen rohrförmigen Träger 3 sind an ihren oberen Enden mit einer leitenden Brücke 6 - vorzugsweise aus dem gleichen Material wie die Träger 3 - miteinander verbunden, indem ihre oberen Enden in Bohrungen 7 der Brücke 6 eingesteckt sind. Durch entsprechende geometrische Anpassung ist ein einwandfreier elektrischer Kontakt gesichert. Die Bohrungen 7 verjüngen sich etwas nach oben, die Bohrungen 4 etwas nach unten, so daß die rohrförmigen Träger 3 in den Elektroden 5 und in der Brücke 6 auf Anschlag sitzen. Das Innere der Rohre 3 ist über die Bohrungen 7 zum Reaktionsraum hin offen, so daß das über je eine durch den Boden 1 des Reaktionsgefäßes hindurchgeführte Zuleitung 8 und die Durchbohrungen 4 in den Λ Elektroden 5 ein in die rohrförmigen Träger 3 einströmendes, in diesem Pail gasförmiges Kühlmittel in den Reaktionsraum gelangt. Das Kühlmittel ist in diesem Pail entweder - wie Wasserstoff - an der Reaktion als Reduktionsmittel unmittelbar beteiligt, oder übt - wie ein inertes Gas, z. B. Argon oder Stickstoff - lediglich die Punktion eines Verdünnungsmittels für die aktiven Komponenten der Reaktionsgase aus.

Diese Reaktionsgase - z. B. im Pail von Silicium ein Gemisch aus SiHGl, oder SiCl. und Wasserstoff, gegebenenfalls mit einem gasförmigen Dotierungsmittel - werden durch eine zentral im Boden 1 des Reaktionsgefäßes vorgesehene Zuleitung 9 in den Reaktionsraum eingelassen. Konzentrisch hierzu ist das Ablei- | tungsrohr 10 für das verbrauchte Gas angeordnet. Die Zuleitung 9 ragt dabei etwas weiter als die sie konzentrisch umgebende Ableitung 10 in das Innere des Reaktionsgefäßes und befindet sich genau zwischen den beiden rohrförmigen Trägern 3. Das frische Reaktionsgas muß bei dieser Anordnung mit entsprechend hohen Druck eingelassen werden, so daß sich ein deutlicher Strahl im Reaktionsraum ausbildet.

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Die Abscheidung erfolgt in üblicher Weise. Es bilden sich
dann an den äußeren Mantelflächen der rohrförmigen Träger 3
'Halbleiterschichten 12, zum Beispiel aus Silicium, Germanium,
SiC oder Aj^jB^-Verbindung aus, die sich nach dem Erkalten der
Anordnung mühelos von den rohrförmigen Trägern 3 abziehen
lassen.

Dabei ist es jedoch wichtig, daß die Temperatur an der Außenseite der Träger 3, in folgenden Fällen, folgende Temperatur
unter 1250 ⁰C nicht übersteigt, da sonst der Kohlenstoffträger
mit dem Halbleiter reagiert und die Rohre sich nicht mehr
leicht vom Kohlenstoffträger abziehen lassen. Diese Temperaturen sind:

1250	⁰O	bei	Silicium
900	N	η	Germanium
1150	η	η	Ga As
1300	η	Il	SiC
850	η	η	In Sb

Die Träger 3, die Brücke 6 sowie die Elektroden 5 bestehen \

zweckmäßig aus der gleichen Graphitsorte, die Durchführungen i

8, 9 und 10 und 11 durch die Bodenplatte zweckmäßig aus einem ,.

widerstandsfähigen Metall. Die stromführenden Teile müssen ' dabei durch entsprechende Isolierschicht gegeneinander elektrisch isoliert eein.

Bei der in Pig. 2 dargestellten Anordnung ist ebenfalls eine > Bodenplatte 1 und eine mit dieser hermetisch verbundene Quarz- )■ glocke 2 vorgesehen, die zusammen den Reaktionsraum bilden. An
zentraler Stelle ist durch den Boden 1 ein System von zueinander konzentrischen, elektrischen Durchführungen 13 und 14 _f hermetisch und gegeneinander elektrisch isoliert hindurch ge- >; führt. Dabei ist auch die innere Elektrode 13 rohrförmig aus- I gebildet. Beide Elektroden sind an ihren oberen Stirnflächen > { im Innern des Reaktionsgefäßes profiliert. Mit Hilfe dieser ;

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Profilierung und einer entsprechenden hierzu negativen Profilierung an unteren Stirnflächen der beiden aus Graphit bestehenden Träger 15 und 16, sind diese auf die Elektroden 13 und

14 aus Kohlenstoff aufgesetzt. Das Kühlmittel fließt nicht nur im Raum zwischen den Trägern 15 und 16, sondern auch im Innern des Trägers 15. Dabei setzt sich der innere rohrförmige Träger

15 unmittelbar in die durch das Innere der rohrförmigen Elektrode 13 gebildete Ableitung 10 für das Kühlmittel fort. Nahe seinem oberen Ende ist die Wand des inneren Trägers mit Kanälen 17 versehen, so daß eine durchgehende Verbindung zum Raum zwischen den beiden Trägern 15 und 16 geschaffen ist. Dieser Zwischenraum wird durch zwei oder mehrere, symmetrisch zum inneren Träger 15 angeordnete Zuführungen 8 mit frischem Kühlmittel versorgt. Das Kühlmittel betritt alao an der Stelle 8 i das System der beiden Träger 15 und 16 und verläßt es an der Stelle 10.

Die oberen Enden beider Träger 15 und 16 sind in entsprechende Ausnehmungen der sie verbindenden Brücke 18 eingepaßt. Diese Brücke 17 ist scheibenförmig und schließt das Innere des inneren Trägers 15 und den zwischen den beiden Trägern 15 und 16 gebildeten Zwischenraum gegen den eigentlichen Reaktionsraum außerhalb des Trägers 16 und das in ihm befindliche Reaktionsgas ab.

Wenn der Querschnitt der Verbindungsbrücke 18 zwischen den Trägern so groß ist, daß die Erwärmung dieser Brücke für die Ab- I scheidung nicht ausreicht, so entsteht ein beiderseits offenes Rohr 12, wie das in Figur 1 dargestellt ist. Andernfalls erhält man - vergleiche Pig. 2 - einen rohrförmigen Becher 12.

Es empfiehlt sich, wenn nicht nur die zu beschichtenden Träger 3 und 16, sondern auch die Verbindungsbrücken 6 und 17 der Träger 15 und die Elektroden 4 aus Kohlenstoff, z. B. Graphit, bestehen. Sie werden dann durch Vorsprünge und Vertiefungen aneinander und in deren Halterungen befestigt.

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Die bei sinngemäßer Benützung der erfindungsgemäflen Anordnung erhaltenen rohrförmigen Körper, dienen vor allem als Behandlungsgefäß für die Herstellung von Halbleiterbauelementen. Zu diesem Zweck werden die Rohre mit Halbleiterscheiben bestückt, die dann in einem zweiten, nach außen abgeschlossenen Behandlungsgefäß angeordnet werden. In diesem zweiten Behandlungsgefäß wird die für die jeweilige Behandlung der Halbleiterscheiben erforderliche Atmosphäre erzeugt. Außerdem wird das aus dem Halbleitermaterial bestehende Behandlungsrohr, zum Beispiel induktiv oder durch Stromdurchgang, erhitzt.

Will man z. B. Halbleiterschichten auf einkristalline Halbleiterscheiben epitaktisch niederschlagen, so kann z. B. das Rohr als Quelle bei einer Transportreaktion dienen. Sie gibt Halbleitermaterial an ein für diesen Zweck bekanntes transportierendes Gas ab, so daß sich eine gasförmige Verbindung bildet. Diese zersetzt sich unter Abscheidung des Halbleiters an der Oberfläche der etwas kälteren Halbleiterscheiben.

Besonders wichtig ist auch die Verwendung der Rohre als Behandlungsgefäß für Dotierungszwecke. Infolge entsprechend hoher Dotierung des die zu dotierenden Halbleiterscheiben enthaltenden Rohres, dampft der Dotierungsstoff bei entsprechender Erwärmung bevorzugt ab und erzeugt im Rohrinneren, das heißt am Ort der zu dotierenden Halbleiterscheiben, die gewünschte dotierende Atmosphäre.

9 Patentansprüche
2 Figuren

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Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Herstellen von rohrförmigen Körpern aus Halbleitermaterial, vorzugsweise Silicium oder Germanium, bei dem ein stab- oder rohrförmiger Träger in einem zur Abscheidung des betreffenden Halbleiters befähigten Reaktionsgas erhitzt wird, so daß sich die Mantelfäche des Trägers mit einer Schicht des Halbleiters überzieht, die nach Entfernung des Trägers das gewünschte Rohr bildet, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei vertikale Träger aus Kohlenstoff, z. B. aus Graphit, an ihrem unteren Ende von je einer Elektrode gehaltert und an ihrem oberen Ende durch eine leitende Brücke, insbesondere aus Kohlenstoff, miteinander verbunden sind. %

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß mindestens ein rohrförmiger Träger als Durchflußkanal für ein strömendes Kühlmittel, insbesondere Wasserstoff, Stickstoff oder Argon, beziehungsweise eine Flüssigkeit, ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die die oberen Enden der Träger miteinander verbindende Brücke sowie die unmittelbaren Halterungen der Träger aus dem gleichen Material wie die Träger bestehen, und daß der Träger in entsprechend angepaßte Ausnehmungen dieser Teile mit seinen Enden ein- ™ steckbar ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, gekennzeichnet durch zwei nebeneinander angeordnete Träger, deren obere Enden in Ausnehmungen der Verbindungsbrücke eingepaßt sind, die ihrerseits gegen den Reaktionsraum offen sind, so daß das am unteren Ende der rohrförmigen Träger eingeführte gasförmige Kühlmittel am oberen Ende dieser Träger in den freien Reaktionsraum austritt.

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5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden rohrförmigen Träger konzentrisch zueinander angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel im Zwischenraum zwischen den beiden konzentrischen Trägern und dem Rohrinnern des inneren Trägers geführt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die oberen Enden der beiden konzentrischen Träger durch eine den zwischen den beiden Trägern gebildeten Raum und das Rohrinnere des inneren Trägers gegen den Reaktionsraum deckelartig abschließende Brücke miteinander verbunden sind, und daß über Durchbohrungen in der Wand des inneren Trägers ein durchgehender Kanal für das Kühlmittel geschaffen ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskanal im Innern der rohrförmigen Träger an einer Seite gegen den Reaktionsraum offen ist, daß sich das in diesem Fall zu verwendende gasförmige Kühlmittel - insbesondere Wasserstoff - mit den Gasen im Reaktionsraum vermischt und mit diesen abgeleitet wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die rohrförmigen konzentrischen Träger von durch konzentrische Rohre gebildeten Elektroden gehaltert und durch über diese Elektroden und die sie verbindende Brücke fließenden Strom beheizbar sind.

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