DE2215143B2

DE2215143B2 - Verfahren zur herstellung von halbleiterhohlkoerpern oder -rohren

Info

Publication number: DE2215143B2
Application number: DE19722215143
Authority: DE
Inventors: Horst; Göppinger Alois; 8263 Burghausen Teich
Original assignee: Wacker-Chemitronic Gesellschaft für Elektronik-Grundstoffe mbH, 8263 Burghausen
Priority date: 1972-03-28
Filing date: 1972-03-28
Publication date: 1976-02-26
Also published as: US3867497A; DE2215143A1; JPS5134263B2; JPS499967A; NL7304259A; GB1420388A; BE797424A

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von polykristallinen Siliciumhohlkörpern, insbesondere von Rohren, durch thermische Spaltung von leichtflüchtigen Siliciumverbindungen in Gegenwart von überschüssigem Wasserstoff bei Temperaturen bis maximal 1250⁰C.

Die Herstellung von Silicium-Hohlkörpern, oder SiIicium-Rohren bereitet deshalb Schwierigkeiten, weil die Abtrennung der Formkörper von dem Abscheidungskörper meist mit deren Zerstörung verbunden ist.

Es ist bekannt, diese Schwierigkeit dadurch auszu- »chalten, daß ein Trägerkörper verwendet wird, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient größer als der des Halbleitermaterials ist. Selbst dabei treten jedoch im abgeschiedenen Halbleitermaterial Sprünge auf, die durch Nachbehandlung nicht beseitigt werden können.

Andererseits ist es üblich, einseitig verschlossene Halbleiterhohlkörper dadurch herzustellen, daß ein Rohr an der offenen Seite mit einer Scheibe aus dem gleichen Material abdeckt und durch weitere Abscheidung durch thermische Spaltung gasförmiger Verbindungen das Rohr gasdicht verschlossen wird.

Wird Silicium aus seinen flüchtigen Hydridverbindungen durch thermische Zersetzung auf Quarz abgeschieden, wie es in der DT-AS 11 19 837 beschrieben wird, so gelingt die Trennung vom Substrat nur durch Auflösen, Wegätzen oder Sägen, insgesamt Maßnahmen, die alle zur Zerstörung der Quarzunterlage führen.

Aus der Epitaxie ist es bekannt, Halbleiter auf Substratflächen abzuscheiden. Gemäß dem Verfahren der DT-AS 10 29 941 werden beispielsweise einkristalline Schichten eines Halbleitermaterial epitaktisch auf einkristallinen Substratkörpern des gleichen Halbleitermaterials abgeschieden, die vom Substratkörper nicht mehr abgetrennt werden. Eine derartige Abscheidung kann in einem Reaktionsgefäß gemäß der DT-AS 12 40 997 erfolgen, dessen Bodenfläche aus mit Siliciurncarbid überzogenem Graphit besteht, damit sich das Halbleitermaterial lediglich auf den zu beschichtenden Halbleiterscheiben abscheidet. Die DT-OS 15 21465 schließlich beschreibt ein Verfahren zur Herstellung dünner, polykristalliner Siliciumschichten, die Siliciumcarbid und/oder Kohlenstoff enthalten, also Verunreinigungen, die die elektrischen Eigenschaften des Halbleitermaterials beeinflussen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Siliciumhohlkörpern und -rohren zu finden, welches eine leichte Abtrennung der Abscheidungskörper vom Forn.körper ermöglicht.

Es wurde nun ein Verfahren zur Herstellung von polykristallinen Siliciumhohlkörpern durch thermische Spaltung von leichtflüchtigen Siliciumverbindungen in Gegenwart von überschüssigem Wasserstoff bei Temperaturen bis maximal 1250°C gefunden, welches da durch gekennzeichnet ist, daß in einem ersten Schritt auf einem Kohleformkörper oder einem mit Kohlenstoff überzogenen Formkörper durch Verbrennen eines Gemisches einer flüchtigen Siliciumverbindung und Wasserstoff in Luft eine Siliciumdioxidschicht abgeschieden wird, auf welcher in einem nachfolgenden zweiten Schritt eine Schicht amorphen Siliciums durch thermische Zersetzung einer Mischung einer flüchtigen Siliciumverbindung und überschüssigem Wasserstoff bei einer Temperatur von 600 bis 800⁰C abgeschieden wird, auf welcher in einem weiteren dritten Schritt polykristallines Silicium durch thermische Zersetzung einer Mischung einer flüchtigen Siliciumverbindung und überschüssigem Wasserstoff bei einer Temperatur von 1050 bis 1250⁰C abgeschieden und der solcher Art gebildete Hohlkörper aus polykristallinem Silicium nach dem Abkühlen vom Abscheidungskörper abgetrennt wird.

Patentschutz wird lediglich begehrt für die Gesamtkombination sämtlicher in Anspruch 1 enthaltener Maßnahmen.

Siliciumrohre, die auf diese Weise hergestellt wurden, sind als Ampullen bis zu einem Durchmesser von

z. B. 65 und 600 mm Länge, sowie als Diffusionsrohre mit bis 110 mm Durchmesser und etwa bis über 1300 mm Länge vorwiegend für die Durchführung von Diffusionsprozessen einsetzbar. Solche Diffusionen und Beschichtungen von Halbleiterkörpern mit z. B. Aluminium, Gallium, Phosphor sowie Oxydationen werden unter Eigendampfdruck oder im Vakuum bei Temperaturen zwischen 1100 und 1250^cC durchgeführt. Die erhaltenen Siliciumhohlkörper sind den bisher verwendeten Quarzrohren bei Diffusionsvorrichtungen überle-

gen. Letztere verformen sich bei Temperaturen oberhalb 1200⁰C vor allem im Vakuum und neigen zum Kristallisieren. An den Berührungsstellen mit Quarzrohren treten am Diffusionsgut z. B. Siliciumscheiben, leicht Gleitungen oder Versetzungen auf. Reine polykristalli-

ne Siliciumrohre sind demgegenüber gas- und vakuumdicht und bis 1300⁰C stabil, schirmen das Diffusionsgut ab und führen zu kleinen Qualitätsveränderungen an den Berührungspunkten. Es entfällt auch der bekannte

Austritt von Spurenverunreinigungen aus Quarzrohren. Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist die Tatsache, daß durch die Trennschicht eine Bildung von Siliciumcarbid auf dein Kohicfcüi'pcf verhindert wird und somit die Formkörper leicht von Abs:heidungskörper getrennt werden können. Auch eine Mehrfachverwendung der Kohleabscheidungskörper oder -schichten ist dadurch gegeben. Der abgetrennte Halbleiterformkörper läßt i'ich durch Nachätzen oder Reinigungsätzung von den als Trennschichten verwendeten Verbindungen leicht befreien.

Als gasförmige Siliciumverbindungen zur Herstellung der Siliciumformkörper eignen sich Siliciumwasserstoff, Dichlorsilan, Trichlorsiian oder Siliciumtetrachlorid.

Das Verfahren wird an Hand der Beispiele und der Zeichnungen erläutert.

Beispiel 1

In dei F i g. 1 ist eine übliche Abscheidungsapparatür, in diesem Fall zur Herstellung von langgestreckten Hohlkörpern, z. B. einseitig geschlossenen Siliciumrohren dargestellt. Die Zuführung des Reaktionsgases erfolgt durch Düse 1, das Abgas wird bei 2 abgeführt. Beide Durchführungen gehen durch die Bodenplatte. Die Beheizung des Kohleformkörpers 3 erfolgt durch direkten Stromdurchgi.ng. Der Strom fließt über die Elektroden 4, die Übergangsstücke 5 und den Kohlestab 6 zum Kohleformkörper 3. Der Kohleformkörper 3 und die Kappe 7 schließen den Stromkreis und ermöglichen somit das Einstellen der gewünschten Abscheidungstempera türen.

Auf dem Kohleformkörper 3 wird vorzugsweise kurz vor dem Verschließen des Reaktionsraumes 8; oder auch in diesem bei Raumtemperatur eine Siliciumdioxidschicht durch Verbrennen eines Gemisches von Trichlorsiian und Wasserstoff mit Luft abgeschieden.

Auf dieser Siliciumdioxidschicht 9 wird bei 600 bis ööö'C aus dem Reaktionsgas 5 bis i2°/b SiHCi3 in H_> amorphes Silicium 10 abgeschieden.

Um die so erhaltene Trennschicht aus SiCb und amorphem Si nicht zu zerstören, wird die Temperatur während 60 Min. gleichmäßig auf 95O⁰C erhöht, und die Zwischenschicht bei dieser Temperatur 60 bis 90 Min. weiter gefestigt. Danach wird, wie allgemein bekannt, bei 1050 bis 1250⁰C polykristallines Si 11 abgeschieden.

Nach dem Abkühlen und öffnen des Reaktionsraumes läßt sich der hergestellte Si-Hohlkörper leicht vom Abscheidungskörper trennen.

Die im Inneren des Si-Rohres verbleibenden Reste der Zwischenschicht können durch übliches Reinätzen entfernt werden.

Der Abscheidungskörper kann erneut, wie oben beschrieben, zur Abscheidung verwendet werden.

Beispiel 2

In F i g. 2 ist eine Abscheidungsapparatur zur Herstellung von Silicium-Domen dargestellt. Der Gaseintritt 1 in den Reaktionsraum 8 erfolgt an der Kuppe der Quarzglocke. Das Abgas wird über drei gleichmäßig angeordnete Öffnungen 2 abgeführt. Der Kohleformkörper 3 ist über eine in der Form gleiche Quarzglocke 12 gestülpt, die zugleich den Reaktionsraum nach unten abschließt.

Die Beheizung des Kohleformkörpers erfolgt durch eine Heizspirale 13 oder indirekt mittels Hochfrequenz.

Die Abscheidung der Siliciumdioxid-Schicht 9 und der Trennschicht aus amorphem Silicium 10 sowie des eigentlichen Silicium-Körpers 11 erfolgt gemäß Beispiel 1.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von polykristallinen Siliciumhohlkörpern durch thermische Spaltung von leichtflüchtigen Siliciumverbindungen in Gegenwart von überschüssigem Wasserstoff bei Temperaturen bis maximal 1250°C₁ dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Schritt auf einem Kohleformkörper oder einem mit Kohlenstoff überzogenen Formkörper durch Verbrennen eines Gemisches einer flüchtigen Siliciumverbindung und Wasserstoff in Luft eine Siliciumdioxidschicht abgeschieden wird, auf welcher in einem nachfolgenden zweiten Schritt eine Schicht amorphen Siliciums durch thermische Zersetzung einer Mischung einer flüchtigen Siliciumverbindung und überschüssigem Wasserstoff bei einer Temperatur von 600 bis 800⁰C abgeschieden wird, auf welcher in einem weiteren dritten Schritt polykristallines Silicium durch thermische Zersetzung einer Mischung einer flüchtigen Siliciumverbindung und überschüssigem Wasserstoff bei einer Temperatur von 1050 bis 1250°C abgeschieden und der solcher Art gebildete Siliciumhohlkörper aus polykristallinem Silicium nach dem Abkühlen vom Abscheidungskörper abgetrennt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als flüchtige Siliciumverbindungen Monosilan, Dichlorsilan, Trichlorsilan und/oder Stil· ciumtetrachlorid eingesetzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der abgetrennte polykristalline Siliciumhohlkörper einer üblichen Reinätzung unterzogen wird.