DE2223868C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von aus Halbleitermaterial bestehenden Hohlkörpern, insbesondere von Siliciumrohren - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Hohlkörpern, wobei man Halbleitermaterial aus der Gasphase auf der Außenfläche eines Hohlkörpers (Trägerkörpers), der mittels eines in seinem Hohlraum angebrachten Heizkörpers indirekt auf Abscheidungstemperatur erhitzt wird, abscheidet und anschließend den Trägerkörper entfernt

Aus der deutschen Auslegeschrift 18 05 970 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 Träger* körper 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— 1250⁰C in einer Wasserstoff atmosphäre herstellen, welche gegenüber den bekannten Diffusionsampullen 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

Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt, beschäftigt sich mit der Beheizung des für

ίο die Abscheidung verwendeten Trägerkörpers.

Aus der oben zitierten DE-AS 18 05 970 ist bekannt, den Trägerkörper mittels einer den Reaktionsraum umschließenden mehrwindigen Induktionsheizspule aufzuheizen oder, falls der Trägerkörper rohrför-

ii ;nig ausgebildet ist, die Beheizung mittels eines im Inneren befindlichen Stromleiters vorzunehmen, welcher so geschaltet ist, daß der Trägerkörper vom elektrischen Strom durchflossen werden kann oder zur Erhitzung einen elektrischen Widerstandsheizkörper im Innen raum des Trägerkörpers anzuordnen.

Die direkte Beheizung von Graphitträgerkörpern mit direktem Stromdurchgang hat den Nachteil, daß dieser Stromdurchgang oft nicht gleichmäßig über den Graphitquerschnitt verteilt ist und demzufolge die Temperaturverteilung an der Abscheidungsoberfläche ungleichmäßig ist Letzteres trifft auch für die Verwendung eines im Innenraum des Trägerkorpers angeordneten elektrischen Widerstandsheizkörper zu. Die Bedingungen für die Halbleitermaterialabscheidung

μ werden dadurch erheblich verschlechtert Die Herstellung direkt beheizter Trägerkörper von komplizierter Formgebung ist nicht durchführbar oder aber sehr aufwendig. Die vorliegende Erfindung überwindet diese Schwie rigkeiten und ist dadurch gekennzeichnet, daß man den Heizkörper auf eine die Abscheidungstemperatur um mindestens 200" C übersteigende Temperatur erhitzt und die Temperatur des Trägerkörpers über den Abstand vom Heizkörper einstellt

Auf diese Weise wird gewährleistet, daß eine völlig gleichmäßige Abscheidung an der Oberfläche des Trägerkörpers stattfindet, so daß Hohlkörper aus Halbleitermaterial mit definierter Wandstärke hergestellt werden können. An den Heizkörpern findet im wesentlichen keine Halbleitermaterialabscheidung statt, so daß diese Heizkörper sofort wieder einsatzbereit sind. Der Heizkörper wird, damit auch eine Abscheidung von Halbleitermaterial absolut vermieden wird, auf eine Temperatur gebracht, welche um mindestens

w 200° C höher liegt als die Temperatur des Abscheidungsmaxiffiums des betreffenden Halbleitermaterials. Für Silicium liegt diese Temperatur bei HOO⁰C Diese Temperatur ist ausreichend, um den Trägerkörper, der den Heizkörper umgibt, auf die günstigste Abschei-

dungstemperatur, das ist auf einen Bereich zwischen 1150 und 1200"C₁ zu erhitzen. Da der Heizkörper in seiner Formgebung der Form des Trägerkörpers direkt angepaßt werden kann, ist es möglich, Trägerkörper mit beliebiger Formgebung, also auch solche mit Schlitzen

«ο und Löchern, aufzuheizen und entsprechende Halbleitermaterial-Abbilder herzustellen. Außerdem liegt es auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung, beliebige Temperaturvariationen am indirekt beheizten Trägerkörper durch den Abstand Heizkörper-Trägerkörper

μ herzustellen.

Ein weiterer Vorteil gegenüber der direkten Beheizung ist, daß die hergestellten Halbleiterhohlkörper besser vom indirekt beheizten Trägerkörper abgezogen

werden können und auf diese Weise eine Wiederverwendung des Trägerkörpers möglich machen.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen und der F i g, 1 bis 8 noch näher erläutert.

F i g, 1 zeigt einen Schnitt durch eine Vorrichtung zum Abscheiden einer Halbleitermaterialschicht auf einem indirekt beheizten rohrförmigen Trägerkörper;

F i g. 2 zeigt einen Schnitt durch eine Anordnung aus zwei miteinander gekoppelten, mit Ausnehmungen versehenen rohrförmigen Trägerkörpern, welche indi- ι ο rekt beheizt werden;

F i g. 3 zeigt eine Anordnung mit einem geschlitzten Heizkörper;

F i g. 4 zeigt im Schnitt nach Linie IV-IV in F i g. 3 die Anordnung des Heizkörpers;

F i g. 5 bis 8 zeigen Schnitten von verschiedenen Heizkörperanordnungen zur Beheizung von verschiedenen Triigerkörpern zur Erzielung beliebig geformter Halbleitergegenstände ähnlich dem Schnitt entsprechend F i g. 4.

Die Vorrichtung nach F i g. 1 weist ein Reaktionsgefäß 1 auf, welches mit einer Bodenplatte 2 gasdicht verschlossen ist In der Bodenplatte 2 sind Durchgänge 3 und 4 angebracht, welche als Gaseinlaß- und Gasauslaßöffnungen dienen. Außerdem befinden sich in der Bodenplatte 2 Durchführungen 5, durch weiche die Stromzuführungen 6 in das Innere des Reaktionsgefäßes 1 geführt sind. Die Durchführungen 5 bestehen aus Polytetrafluorethylen, während die Stromzuführungen 6 aus Silber gefertigt sind. Auf der Oberseite der Stromzuführungen sind zwei Halterungen 7 und 8 aus Graphit angebracht, von denen die Halterung 7 das als Heizrohr verwendete Graphitrohr 9 trägt, während die Halterung 8 mit einem massiven Graphitstab 10 verbunden ist Dieser Graphitstab 10 ist an seinem oberen Ende mit einer verschraubbaren Graphitplatte 11 versehen, welche wiederum über dem als Heizrohr fungierenden Graphitrohr 9 sitzt und dieses mit dem Graphitstab 10 verbindet Die gesamte Heizanordnung 9, 10, U ist im Innern eines einseitig offenen Hohlkörpers 12 aus Graphit angeordnet welcher als Trägerkörper für die Halbleitermaterialabscheidung dient

Wird an die Elektroden 6 eine Spannung angelegt so werden das Heizrohr 9, die Graphitplatte 11 und der Stab 10 aufgeheizt Durch Abstrahlung der Wärme erfolgt dann die indirekte Beheizung des Trägerkörpers 12, so daß sich die in das Reaktionsgefäß 1 eingeleitete, mit einem Trägergas gemischte Halbleiterverbindung zersetzt und sich eine Halbleitermaterialschicht 13 an so der Oberfläche des Trägerkörpers abscheidet Die Temperatur der Heizanordnung wird bei Verwendung einer Silicium enthaltenden Verbindung auf mindestens 1400° C eingestellt, so daß auf dem Trägerkörper eine Temperatur von 1150—1200°C vorhanden ist

Der Vorteil dieser Anordnung gegenüber dfen bekannten Vorrichtungen zum Beschichten von Trägerkörpern besteht darin, daß neben einer viel gleichmäßigeren Abscheidung der Halbleitermaterialschicht der Heizkörper völlig frei von Halbleitermaterial bleibt und sofort wieder verwendet werden kann. Außerdem lassen sich die durch Abscheidung hergestellten Gegenstände aus Halbleitermaterial sehr viel besser von den Trägerkörpern entfernen. Dies gilt insbesondere bei der Herstellung von Siliciumrohren. Ein weiterer Vorteil ist, daß der Trägerkörper durch die einfache Art der Halterung nicht übermäßig belastet wird.

In F i g. 2 ist eine weitere Heizanordnung dargestellt, wobei gleichzeitig zwei mit Ausnehmungen versehene Siliciumrohre hergestellt werden sollen. Im Innern der rohrförmigen Graphitträgerkörper 15 und 16 befinden sich die als Heizkörper fungierenden massiven Graphitstäbe 17 und 18, welche über eine Graphitplatte 19 miteinander verbunden sind. Die Beheizung der Graphitstäbe 17 und 18 erfolgt über Halterungen 20 und 21. Bei der hier gezeigten Anordnung ist der Trägerkörper 15 auf seiner Mantelfläche mit Schlitzen 22 und der Trägerkörper 16 mit Löchern 23 versehen. Auf diese Weise können Siliciumrohre mit Schlitzen zur Aufnahme von Diffusionsscheiben hergestellt werden.

Fig.3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel nach der Lehre der Erfindung, bei dem der Heizkörper 25 aus einem geschlitzten (24) Graphitstab (s. auch Fig.4) besteht Dieser geschützte Graphitstab 25 berührt an seiner geschlossenen Stirnseite den ihn umgebenden Trägerkörper 26 aus Graphit ut;£ wird über die Halterungen 27 und 28, welche mit meinen beiden Schenkeln 29 und 30 fest verbunden sind, beheizt Die Abscheidung der Halbleitermaterialschicht 31 erfolgt in bekannter Weise.

F i g. ί zeigt die Anordnung im Querschnitt; es gelten die gleichen Bezugszeichen wie in F i g. 3.

Fig.5 zeigt im Querschnitt eine Anordnung zur Herstellung von auf einer Seite mit Schlitzen versehenen Siliciumrohren mit abgeflachten Mantelflächen. Der Heizkörper ist mit 33, der mit Schlitzen 34 versehene Trägerkörper mit 35 und die abgeschiedene Siliciumschicht mit 35 bezeichnet

In F i g. 6 ist die Herstellung eines Siliciumschiffchens 37 dargestellt Dabei werden lediglich als Trägerkörper zwei um den Heizkörper 33 angeordnete Graphitschiffchen 38 (halbe Rohre) verwendet

In Fig.7 ist die gleichzeitige Herstellung einer massiven Siliciumplatte 39 und einer gelochten SiUciumplatte 40 gezeigt Der Heizkörper besteht dabei aus einer massiven Graphitplatte 41, die indirekt beheizten Trägerkörper bestehen aus einer Graphitplatte 42 sowie einer gelochten Graphitplatte 43.

Fig.8 zeigt die Herstellung eines quadratisch geformten Hohlkörpers, bei dem als Heizkörper ein runder massiver Graphitstab 45 Verwendung findet Der mit Ausnehmungen 46 versehene Graphitträgerkörper trägt das Bezugszeichen 47. Die abgeschiedene Siliciumschicht wird durch das Bezugszeichen 48 gekennzeichnet Es werden hier 4 Einzelteile zu einem geschlossenen Trägerkörper zusammengesetzt

Aus den Fig.5 bis 8 geht insbesondere hervor, daß durch die indirekte Beheizung der Trägerkörper bsliebigi Formen aus Halbleitermaterial hergestellt werden können, weil durch die indirekte Beheizung die Möglichkeit gegeben ist, den Heizkörper in seiner Formgebung oder aber beliebige Temperaturvariationen am indirekt beheizten Trägerkörper durch den Abstand vom Heizkörper einzustellen.

Die durch das Verfahren nach der Lehre der Erfindung hergestellten Gegenstände werden in erster Linie für Difiusionsprozesse zur Herstellung von Halbleiterbauekmenten verwendet Es können aber auch andere Gegenstände hergestellt werden, welche im Bereich der Chenie Anwendung finden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von Hohlkörpern, wobei man Halbleitermaterial aus der Gasphase auf der Außenfläche eines Hohlkörpers (Trägerkörpers), der mittels eines in seinem Hohlraum angebrachten Heizkörpers indirekt auf Abscheidungstemperatur erhitzt wird, abscheidet und anschließend den Trägerkörper entfernt, dadurch gekennzeichnet, daß man den Heizkörper auf eine die Abscheidungstemperatur um mindestens 200⁰C übersteigende Temperatur erhitzt und die Temperatur des Trägerkörpers über den Abstand vom Heizkörper einstellt

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem mit Gaseinlaß und Gasauslaß versehenen Reaktionsraum, in dem mindestens ein Hohlkörper (Trägerkörper) angeordnet ist, in dessen Hohlraum ein Heizkörper angebracht Kt, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizkörper in seiner Formgebung der Form des Trägerkörpers angepaßt ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen als Heizkörper verwendeten direkt beheizbaren Stab aus Kohlenstoff, welcher an seinem unteren Ende von einer Elektrode gehaltert ist und an seinem oberen Ende über eine verschraubbare Graphitkappe mit einem Graphitrohr verbunden ist

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper aus Graphit besteht

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 4, gekennzeichnet durch mindestens zwei vertikale Heizkörper aus Graphit, weicht an ihren unteren Enden von je einer Elektrode gehaltert sind und an ihren oberen Enden über eine Graphitbrücke leitend miteinander verbunden sind.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper mit Ausnehmungen, insbesondere mit Schlitzen oder Löchern, versehen ist