DE2215143C3 - Verfahren zur Herstellung von Halbleiterhohlkörpern oder -Rohren - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Halbleiterhohlkörpern oder -RohrenInfo
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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 Silicium-Rohren
bereitet deshalb Schwierigkeiten, weil die Abtrennung der Formkörper von dem Abscheidungskörper
meist mit deren Zerstörung verbunden ist.
Es ist bekannt, diese Schwierigkeit dadurch auszuschalten, 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. 5:i
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 Verbin- &D
düngen 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 e'5
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 29941 werden beispielsweise einkristalline Schichten eines Halbleitermaterials 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 Siliciumcarbid 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 Formkörper ermöglicht.
Es wurde nun ein Verfahren zur Herstellung von polykristallinen Siliciumhohlkörpern durch thermische
Spaltung von leichtflüchtigen Siliciumverbindungen in Gegenwart von überschüssigem Was stoff bei Temperaturen
bis maximal 1250° C gefunden, welches dadurch 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 800° C 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 12500C durchgeführt. Die erhaltenen
Siliciumhohlkörper sind den bisher verwendeten Quarzrohren bei Diffusionsvorrichtungen überlegen.
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 polykristalline Siliciumrohre sind demgegenüber gas- und vakuumdicht
und bis 130O0C 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 Siliciumkarbid
auf dem Kohlekörper verhindert wird und somit die Formkörper leicht von Abscheidungskörper getrennt
werden können. Auch eine Mehrfachverwendung der Kohleabscheidungskörper oder -schichten ist
dadurch gegeben. Der abgetrennte Halbleiterformkörper läßt sich durch Nachätzen oder Reinigungsätzung
von den als Trennschichten verwendeten Verbindungen leicht befreien.
Als gasförmige Siliciumverbindungen zur Herstellung der Siliciumformkörper eignen sich Siliciumwasserstoff,
Dichlorsilan, Trichlorsilan oder Siliciumtetrachlorid.
Das Verfahren wird an Hand der Beispiele und der Zeichnungen erläutert.
In der 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 Stromdurchgang. 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 Abscheidungstemperaturen.
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
Trichlorsilan und Wasserstoff mit Luft abgeschieden.
Auf dieser Siliciumdioxidschicht 9 wird bei 600 bis 8000C aus dem Reaktionsgas 5 bis 12% SiHCb in Hi
amorphes Silicium 10 abgeschieden.
Um die so erhaltene Trennschicht aus S1O2 und
amorphem Si nicht zu zerstören, wird die Temperatur während 60 Min. gleichmäßig auf 9500C 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.
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 (3)
1. Verfahren zur Herstellung von polykristallinen Siliciumhohlkörpern durch thermische Spaltung vor·
leichtflüchtigen Siliciumverbindungen in Gegenwart von überschüssigem Wasserstoff bei Temperaturen
bis maximal 12500C, dadurch gekennzeichnet,
daß in einem ersten Schritt auf einem Kohleformkörper oder einem mit Kohlenstoff überzögenen
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 >5 durch thermische Zersetzung einer Mischung einer
flüchtigen Siliciumverbindung und überschüssigem Wasserstoff bei einer Temperatur von 600 bis
800° C 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 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 SiIiciumtetrachlorid
eingesetzt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der abgetrennte polykristalline
Siliciumhohlkörper einer üblichen Reinätzung unterzogen wird.
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19722215143 DE2215143C3 (de) | 1972-03-28 | Verfahren zur Herstellung von Halbleiterhohlkörpern oder -Rohren | |
| JP48035009A JPS5134263B2 (de) | 1972-03-28 | 1973-03-27 | |
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| BE129344A BE797424A (fr) | 1972-03-28 | 1973-03-28 | Procede de fabrication de tubes ou corps creux semi-conducteurs |
| US345805A US3867497A (en) | 1972-03-28 | 1973-03-28 | Process of making hollow bodies or tubes of semi-conducting materials |
| GB1488573A GB1420388A (en) | 1972-03-28 | 1973-03-28 | Semiconductor hollow bodies |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19722215143 DE2215143C3 (de) | 1972-03-28 | Verfahren zur Herstellung von Halbleiterhohlkörpern oder -Rohren |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2215143A1 DE2215143A1 (de) | 1973-10-04 |
| DE2215143B2 DE2215143B2 (de) | 1976-02-26 |
| DE2215143C3 true DE2215143C3 (de) | 1976-10-07 |
Family
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