DE2221432A1

DE2221432A1 - Perforated semiconductor body prodn - using gas phase reaction deposition on shaped substrate

Info

Publication number: DE2221432A1
Application number: DE19722221432
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl-Chem Dr Dietze; Horst Schubert
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-05-02
Filing date: 1972-05-02
Publication date: 1973-11-15

Abstract

One or more vertical substrates of graphite to allow direct electrical heating in the normal way is/are placed vertically in the reaction vessel. The substrate(s) is/are drilled, slotted or recessed to the desired pattern of holes/apertures in the end product. Where recessed, only the depth is >=20% of the desired d ia. of holes/apertures. After deposition which esp. is on the outer face only of the substrate the graphite is burnt away in an oxygen atmos. or removed mechanically. Risk of damage to material by mechanical drilling etc. is avoided.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von mit Ausnehmungen versehenen Gegenständen aus Halbleitermaterial Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von mit Ausnehmungen versehenen Gegenständen aus Halbleitermaterial durch Abscheiden einer Halbleitermaterialschicht aus einer in ein Reaktionsgefäß eingeleiteten gasförmigen Verbindung des Halbleitermaterials auf der Oberfläche eines auf die Zersetzungsb temperatur der gasförmigen Verbindung des Halbleitermaterials aufgeheizten Trägerkörpers.Method and apparatus for making recessed Articles of Semiconductor Material The present invention relates to a Method for manufacturing recessed articles from semiconductor material by depositing a semiconductor material layer from one into a reaction vessel introduced gaseous compound of the semiconductor material on the surface one to the decomposition temperature of the gaseous compound of the semiconductor material heated carrier body.

Ausnehmungen wie Schlitze und Löcher in Gegenständen aus Halbleitermaterial können durch mechanisches Bearbeiten erzeugt werden. Da Halbleitermaterial sehr spröd ist, ist dies relativ zeitraubend und aufwendig.Recesses such as slots and holes in objects made of semiconductor material can be produced by mechanical processing. Because semiconductor material is very is brittle, this is relatively time-consuming and expensive.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1 805 970 (= VPA 68/1635) ist ein Verfahren zum Herstellen eines Hohlkörpers aus Halbleitermaterial bekannt, bei dem das Halbleitermaterial aus einer gasförmigen Verbindung auf die Außenfläche eines Trägerkörpers aus einem hitzebeständigen Stoff niedergeschlagen wird und der Trägerkörper dann ohne Zerstörung der Halbleiterschicht entfernt wird. Dabei wird ein aus Graphit bestehender Trägerkörper verwendet, der entweder induktiv oder durch direkten Stromdurchgang auf die Abscheidungstemperatur erhitzt wird. Auf diese Weise lassen sich Siliciumrohre für Diffusionszwecke unter Verwendung der Ausgangsverbindung Silicochloroform bei Temperaturen von 1050 und 12500 C in einer Wasserstoffatmosphäre herstellen, welche gegenüber den bekannten Diffusionsampullen aus Graphit den Vorteil der höheren Reinheit besitzen. Der für die Herstellung des Siliciumrohres benötigte Trägerkörper, welcher vorteilhafterweise aus Graphit besteht und als Hohlkörper ausgebildet ist, wird nach dem Abscheiden der Halbleitermaterialschicht durch Erhitzen in sauerstoffhaltiger Atmosphäre ausgebrannt.From the German Auslegeschrift 1 805 970 (= VPA 68/1635) is a A method for producing a hollow body made of semiconductor material is known in which the semiconductor material from a gaseous compound to the outer surface of a Carrier body made of a heat-resistant material is deposited and the carrier body is then removed without destroying the semiconductor layer. One is made of graphite existing carrier body used, either inductive or through direct current passage is heated to the deposition temperature. In this way silicon tubes can be used for diffusion purposes using the starting compound Silicochloroform at temperatures of 1050 and 12500 C in a hydrogen atmosphere produce, which has the advantage over the known diffusion ampoules made of graphite of higher purity. The one required for the manufacture of the silicon tube Carrier body, which advantageously consists of graphite and as a hollow body is formed after the deposition of the semiconductor material layer by heating burned out in an oxygen-containing atmosphere.

In der Halbleitertechnik ist es oft wünschenswert, auch andere Gegenstände als Diffusionsrohre oder -ampullen, welche während des Fertigungsprozesses von Bauelementen verwendet werden, aus Halbleitermaterial herzustellen.In semiconductor technology it is often desirable to have other items as well as diffusion tubes or ampoules, which during the manufacturing process of components are used to manufacture from semiconductor material.

Dabei kann es sich um spezielle Halterungen, die bei Diffusionsprozessen eingesetzt werden müssen, oder- auch um spezielle Gegenstände handeln, welche bei Ätz- und Reinigungsverfahren verwendet werden wie z.B. Sieb- oder Filterplatten.These can be special brackets that are used during diffusion processes must be used, or - also deal with special items, which at Etching and cleaning processes such as sieve or filter plates can be used.

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht in der Herstellung solcher Gegenstände. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Trägerkörper aus einem hitzebeständigen Material verwendet wird, welcher mit entsprechenden Ausnehmungen mit einer Tiefe von mindestens 20ovo der lichten Weite der Ausnehmungen versehen wird, und daß der Trägerkörper nach dem Abscheiden des Halbleitermaterials ohne Zerstörung der genügend dick bemessenen Halbleitermaterialschicht entfernt wird.The object on which the present invention is based is the manufacture of such items. The inventive method is thereby characterized in that a carrier body made of a heat-resistant material is used which with corresponding recesses with a depth of at least 20ovo the clear width of the recesses is provided, and that the carrier body according to the deposition of the semiconductor material without destroying the sufficiently thick Semiconductor material layer is removed.

nn mit einer Abscheidungstemperatur gearbeitet wird, bei der die Abscheidung an der Oberfläche maximal ist, führt dies in Verbindung mit dem in den Ausnehmungen herrschenden Mangel an reaktionsfähigem Gasgemsich dazu, daß am Boden und am größten Teil der Wände der Ausnehmungen kein Halbleitermaterial abgeschieden wird.nn is worked with a deposition temperature at which the deposition is maximum on the surface, this leads in connection with that in the recesses The prevailing lack of reactive gas mixture leads to the fact that on the ground and at its greatest Part of the walls of the recesses no semiconductor material is deposited.

Es liegt im Rahmen der vorliegenden Erfindung, daß als Trägerkörper eine mit Löchern oder mit Schlitzen versehene Graphit platte verwendet wird und daß die Halbleitermaterialschicht nur auf einer Seite der Graphitplatte abgeschieden wird oder daß als Trägerkörper ein parallel zur Längsachse mit Löchern oder Schlitzen versehener Hohlkörper, insbesondere ein Rohr, verwendet wird.It is within the scope of the present invention that the carrier body a graphite plate provided with holes or slits is used and that the semiconductor material layer is deposited only on one side of the graphite plate or that the carrier body is a parallel to the longitudinal axis with holes or slots provided hollow body, in particular a tube, is used.

In einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, den Trägerkörper nach dem Abscheiden der Halbleitermaterialschicht durch Abbrennen in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre zu entfernen. Eine weitere Möglichkeit ist, den Trägerkörper mechanisch abzutrennen.In a development of the inventive concept it is provided that Carrier body after the deposition of the semiconductor material layer by burning off in an oxygen-containing atmosphere. Another possibility is to separate the carrier body mechanically.

Das Verfahren nach der Lehre der Erfindung läßt sich in vorteilhafter Weise durchführen mittels einer Vorrichtung, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß mindestens zwei mit Ausnehmungen versehene Ur.agerkörper aus Kohlenstoff, z.B; aus Graphit2 in einem mit einem Gaseinlaß und einem Ggsauslaß versehenen Reaktionsefäß vertikal angeordnet sind, daß die Trägerkörper zu ihrer Beheizung an ihren oberen Enden über eine leitende Brücke, insbesondere aus Graphit, miteinander verbunden sind und die unteren Enden der Trägerkörper in je einer Elektrode gehaltert sind.The method according to the teaching of the invention can be more advantageous Carry out this way by means of a device which is characterized by that at least two recessed original bearing bodies made of carbon, e.g. made of graphite2 in a reaction vessel provided with a gas inlet and a gas outlet are arranged vertically, that the carrier body to their heating at their upper Ends connected to one another via a conductive bridge, in particular made of graphite and the lower ends of the support bodies are each held in an electrode.

Die Erfingung wird anhand von Ausführungsbeispielen und der Figuren 1 - 6 noch näher erläutert.The invention is based on exemplary embodiments and the figures 1 - 6 explained in more detail.

Figur 1 zeigt einen Schnitt durch eine Vorrichtung zum Abscheiden einer Halbleitermaterialschicht auf zwei miteinander gekoppelten, mit Löchern versenenen Trägerkörpern; Figur 2 zeigt in Draufsicht eine nach dem Verfahren nach der-lehre der Erfindung hergestellte Lochplatte aus Halbleitermaterial; Figur 3 zeigt in perspektivischer Darstellung einen Ausschnitt aus einer gelochten Siliciumplatte (Rohr); Figur 4 zeigt einen Schnitt durch eine Vorrichtung zum Herstellen von gelochten bzw. geschlitzten Siliciumrohren; Figur 5 zeigt im Schnitt ein mit Schlitzen versehenes, Silic uiwbeidseitig abgeflachtemyRoir zum Haltern von Kristallscheiben für Diffusionsprozesse entlang der Linie V-V in Figur 4 vergrößert; Figur 6 zeigt die Anordnung nach Figur 5 im Längsschnitt.Figure 1 shows a section through a device for separation a semiconductor material layer on two coupled to one another and provided with holes Carrier bodies; FIG. 2 shows a plan view of a method according to the teaching perforated plate made of semiconductor material produced according to the invention; Figure 3 shows in perspective Representation of a section from a perforated silicon plate (tube); Figure 4 shows a section through a device for producing perforated or slotted Silicon tubes; FIG. 5 shows, in section, a silicon with slits on both sides Flattened myRoir for holding crystal disks for diffusion processes along the line V-V in Figure 4 enlarged; Figure 6 shows the arrangement according to Figure 5 in Longitudinal section.

Die Vorrichtung nach Figur 1 besteht aus einer Quarzglocke 1, welche auf der Unterseite mit einer Bodenplatte 2 verschlossen ist. Die Bodenplatte 2 enthält Gaseinlaß- und Gasauslaßrohre 3 und 4, durch welche das für die Abscheidung vorgesehene Silicochloroform mit einem Trägergas, z.B.The device according to Figure 1 consists of a quartz bell 1, which is closed on the underside with a base plate 2. The bottom plate 2 contains Gas inlet and gas outlet pipes 3 and 4 through which the intended for the deposition Silicochloroform with a carrier gas, e.g.

Wasserstoff, gemischt dem Reaktionsgefäß 1 zugeführt wird.Hydrogen mixed is fed to the reaction vessel 1.

Im Innern des aus der Quarzglocke 1 bestehenden Reaktionsraums sind parallel und sehr nahe beieinander zwei mit entsprechenden Löchern 5 versehene Graphit platten 6 und 7 vertikal gehaltert, welche zu ihrer Beheizung an ihren oberen Enden über eine Graphitbrücke 8 elektrisch leitend miteinander verbunden sind, während die unteren Enden der für die Abscheidung als Trägerkörper fungierenden Graphitplatten 6 und 7 in je einer Elektrode 9 und 10 gehaltert sind. Die Elektroden 9 und 10, die durch die Bodenplatte 2 hindurchgehen, sind mit einer Spannungsquelle (in der Figur nicht dargestellt) verbunden. Durch die sogenannte Zwillingsanordnung der beiden gelochten Trägerplatten 6 und 7 wird erreicht, daß nur eine Außenbeschichtung stattfindet, da sich kein Halbleitermaterial an den Innenseiten abscheiden kann, weil die beiden Platten sich gegenseitig aufheizen und mechanisch abdecken. Die Löcher in den Trägerplatten 6 und 7 können auch durch Vertiefungen ersetzt werden; wichtig ist nur, daß die Innenräume so schmal sind, daß aus Mangel a-n reaktionsfähigem Gasgemisch kein Halbleitermaterial zur Abscheidung gelangt. Die Abscheidung wird auch dadurch unterbunden, daß die Temperaturen in den Löchern höher liegen als auf der Oberfläche der Trägerplatten.Inside the reaction chamber consisting of the quartz bell 1 are parallel and very close to each other two graphite provided with corresponding holes 5 plates 6 and 7 supported vertically, which for their heating at their upper ends are connected to one another in an electrically conductive manner via a graphite bridge 8, while the lower ends of the graphite plates that act as a support body for the deposition 6 and 7 are each held in an electrode 9 and 10. The electrodes 9 and 10, which pass through the base plate 2 are connected to a voltage source (in the Figure not shown) connected. Through the so-called twin arrangement the two perforated carrier plates 6 and 7 is achieved that only one outer coating takes place, as no semiconductor material can deposit on the inside, because the two plates heat up each other and mechanically cover each other. the Holes in the carrier plates 6 and 7 can also be replaced by recesses; It is only important that the interior spaces are so narrow that there is a lack of a-n reactive Gas mixture no semiconductor material reaches the deposition. The deposition will also prevented by the fact that the temperatures in the holes are higher than on the surface of the carrier plates.

Durch die die beiden Trägerplatten 6 und 7 miteinander verbindende Graphitbrücke 8 wird erreicht, daß gegenüber de Verwendung eines innenleiters eine gleichmäßigere Materialabscheidung stattfinden kann.By connecting the two carrier plates 6 and 7 to one another Graphite bridge 8 is achieved that compared to the use of an inner conductor a more uniform material deposition can take place.

Zum Herstellen von gelochten Siliciumplåtten -(sieh-e Figur 2), welche als Filter- oder Siebpiatten verwendet werden können, werden die Trägerplatten 6 und 7 im Reaktionsgefäß~1 auf 1150 - 12O00C (Maximum für Silicium) aufgeheizt And-in das Realtionsge-fäß 1 über das Einlaßrohr.3 ein'Gemisch aus Wasserstoff und Silicochloroform (SiHcl3) eingeleitet. Bei einem-T.Iolverhältnis von z.B. 1:0,15 = Wasserstoff:SiHCl 2 ergibt sich bei einer Durchflußmenge von 5 l/cm2/h eine 2 Abscheidungsrate von 0,1 g Si/cm /h. Ist die gewünschte Schichtdicke erreicht, so werden die Trägerplatten mit der abgeschiedenen Schicht etwa eine halbe Stunde abgekühlt und dann in sauerstoffhaltiger-Atmosphäre abgebrannt.For the production of perforated silicon wafers - (see Figure 2), which can be used as filter or sieve plates, the carrier plates 6 and 7 in the reaction vessel ~ 1 heated to 1150-1200C (maximum for silicon) and-in the Realtionsge-Gefäß 1 via the inlet pipe.3 a mixture of hydrogen and silicochloroform (SiHcl3) initiated. With a T.Iol ratio of e.g. 1: 0.15 = hydrogen: SiHCl 2 results in a deposition rate of 2 at a flow rate of 5 l / cm2 / h 0.1 g Si / cm / h. Once the desired layer thickness has been achieved, the carrier plates are with the deposited layer cooled for about half an hour and then in an oxygen-containing atmosphere burned down.

Figur 2 zeigt eine mit Löchern 11 versehene Siliciumplatte 12. Figur 3 zeigt eine nach dem Verfahren nach der Lehre der Erfindung hergestellte fertige Anordnung 11, 12 im Ausschnitt vor dem Entfernen des Trägerkörpers 6. Es gelten die gleichen Bezugszeichen wie in Figur 1 und 2.FIG. 2 shows a silicon plate 12 provided with holes 11. figure 3 shows a finished one produced by the method according to the teaching of the invention Arrangement 11, 12 in the cutout before removing the carrier body 6. It applies the same reference numerals as in FIGS. 1 and 2.

In Figur 4 ist eine ähnliche Vorrichtung wie in Figur 1 abgebildet. Sie ist besonders für hohle Trägerkörper mit Löchern bzw. Schlitzen geeignet und es können mit ihr Siliciumrohre mit entsprechenden Ausnehmungen hergestellt werden. Dabei ist mit dem Bezugszeichen 13 ein mit Schlitzen 14 versehenes Graphitrohr als Tragerkörper abgebildet, welches über eine Graphitbrücke 8 elektrisch leitend mit einem weiteren Graphitrohr 15 verbunden ist, das an seiner Oberfläche Ausnehmungen in Form von Löchern 16 aufweist. Ansonsten gelten die gleichen Bezugszeichen wie in Figur 1.In FIG. 4, a device similar to that in FIG. 1 is shown. It is particularly suitable for hollow support bodies with holes or slots and it can be used to produce silicon tubes with appropriate recesses. A graphite tube provided with slots 14 is denoted by the reference numeral 13 Support body shown, which is electrically conductive with a graphite bridge 8 another graphite tube 15 is connected, which has recesses on its surface in the form of holes 16. Otherwise, the same reference numerals apply as in Figure 1.

Die Figur 5 zeigt im Schnittbild ein mit einer solchen Vorrichtung hergestelltes, beidseitig abgeflachtes Siliciumrohr 17 mit Schlitzen 18 auf beiden Seiten, welches mit Siliciumeinkristallscheiben 19 bestückt ist und für eine Diffusion von Dotierungsstoffen verwendet wird.FIG. 5 shows a sectional view of a device with such a device Manufactured silicon tube 17 flattened on both sides with slots 18 on both Pages, which is equipped with silicon single crystal wafers 19 and for diffusion used by dopants.

In Figur 6 ist die gleiche Anordnung als Längsschnitt dargestellt, es.gelten die gleichen Bezugszeichen wie in Figur 5.In Figure 6, the same arrangement is shown as a longitudinal section, The same reference numerals apply as in Figure 5.

Das Verfahren nach der Lehre der Erfindung ist nicht nur anwendbar für Gegenstände aus Halbleitermaterial wie Silicium, Germanium, Siliciuncarbid oder Verbindungshalbleiter, welche mit Löchern oder Schlitzen hergestellt werden sollen, scndern läßt sich auch für beliebige Formen verwenden, bei denen die Ausnehmungen des Trägerkörpers in der vorgeschriebenen Tiefe vorhanden sind.The method according to the teaching of the invention is not only applicable for objects made of semiconductor material such as silicon, germanium, silicon carbide or Compound semiconductors, which are to be manufactured with holes or slots, Scndern can also be used for any shapes in which the recesses of the carrier body are available at the prescribed depth.

8 Patent ansprüche 6 Figuren8 claims 6 figures

Claims

Claims S Method for producing recessed Articles made of semiconductor material by depositing a layer of semiconductor material from a gaseous compound of the semiconductor material introduced into a reaction vessel on the surface of a on the decomposition temperature of the gaseous compound of the semiconductor material heated carrier body, characterized in that a carrier body made of a heat-resistant material is used, which with corresponding openings with a depth of at least 20% of the clear width the recesses is provided ,. and that the carrier body after the deposition of the Semiconductor material without destroying the sufficiently thick dimensioned semiconductor material layer Will get removed.

2. The method according to claim 1, characterized in that a carrier body made of graphite is used.

3. The method according to claim 1, characterized in that the carrier body a graphite plate provided with holes or slits is used and that the semiconductor material layer deposited only on one side of the graphite plate will.

4. The method according to claim 1, characterized in that the carrier body a hollow body provided with holes or slots parallel to the longitudinal axis, in particular Pipe, is used.

5. The method according to claim 1-4, characterized in that the Carrier body after the deposition of the semiconductor material layer by burning off in an oxygen-containing atmosphere is removed.

6. The method according to claim 1-4, characterized in that the Carrier body is removed mechanically.

7. Device for performing the method according to claims 1-4 characterized in that at least two carrier bodies provided with recesses of carbon, e.g.

made of graphite, in one provided with a gas inlet and a gas outlet Reaction vessels are arranged vertically that the carrier body for their heating at their upper ends via a conductive bridge, in particular made of graphite, with one another connected and the lower ends of the carrier body held in one electrode each are.

8. Recessed or recessed silicon tube provided silicon plate, produced by a method according to claims 1-6.

L e r s e i t e