DE2322952A1 - Verfahren zum herstellen von horden aus silizium oder siliziumcarbid fuer diffusionsprozesse - Google Patents
Verfahren zum herstellen von horden aus silizium oder siliziumcarbid fuer diffusionsprozesseInfo
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Description
SIElCEiTS AKTIEFGESELLSCHAPT München 2, den ~ 7- MAf 1973
Berlin und München Wittelsbacherplats 2
Verfahren zum Herstellen von Horden aus Silizium oder
Siliziumcarbid für Diffusionsprozesse.
Die vorliegende Patentanmeldung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Horden aus Silizium oder Siliziumcarbid
für die Aufnahme von Siliziumkristallscheiben bei Diffusions- und Temperprozessen.
Horden aus Silizium oder Siliziumcarbid, wie sie für die Diffusion und Temperung von Siliziumkristallscheiben
in der Halbleitertechnik benötigt werden, sind aus massivem Siliziummaterial nur sehr schwierig und kostspielig
herzustellen.
Verfahren zum Herstellen von Rohren οderHohlkörpern aus
Halbleitermaterial durch eine Gasphasenabscheidung des Halbleitermaterials sind bekannt. So wird beispielsweise
- wie aus der DT-OS 21 25 085.1 (=VPA 71/1075) zu entnehmen ist - ein einseitig geschlossenes Rohr aus Silizium
durch Gasphasenabscheidung aus einem Wasserstoff-Silicochloroform-Gemisch
bei ca. 1200 C auf einem Graphitrohr hergestellt und anschließend der Graphitträgerkörper
ohne Zerstörung der aus der Gasphase abgeschiedenen
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Edt/Roh 409848/0925
Siliziumschicht entfernt. Solche Rohr werden für Diffusions-
und Temperprozesse in der Halbleitertechnik bereits verwendet. v
Die vorliegende Erfindung macht sich die Herstellung solcher Rohie zunutze, um auf billige und einfache Weise durch
entsprechende Weiterverarbeitung des Rohres zu einer Siliziumhorde zu gelangen, welche es ermöglicht, eine
Vielzahl von Siliziumkristallscheiben, insbesondere stapeiförmig, in einem einzigen Arbeitsgang zu diffundieren oder
einer Temperbehandlung zu unterwerfen.
Es wird deshalb erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß zunächst in bekannter Weise ein Silizium- oder Siliziumcarbidrohr
durch Abscheidung aus der Gasphase von Silizium oder Siliziumcarbid auf einem erhitzten Trägerkörper aus Graphit und
Entfernen des Graphitträgerkörpers hergestellt wird, wobei bei der Gasphasenabscheidung ein mindestens einseitig abgeflachter
Graphitträgerkörper verwendet wird, und dann aus dem abgeflachten Silizium- oder Siliziumcarbidrohr
die Horde in ihrer gewünschten Form durch mechanische Bearbeitung in paralleler und senkrechter Richtung zur
Rohrachse herausgearbeitet wird, wobei die abgeflachte Seite die Grundplatte der Horde darstellt.
Es liegt im Rahmen der vorliegenden Erfindung, die mechanische Bearbeitung durch Sägen mittels einer Diamantsäge
und/oder auch durch Herausschleifen entsprechender Formen aus dem abgeflachten Silizium- oder Siliziumcarbidrohr
herzustellen.
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Um eine möglichst gleichmäßige Abscheidung an allen Stellen, insbesondere an den abgeflachten Stellen des
Graphitträgerkörpers, zu erhalten, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, bei der Gasphasenabscheidung ein
aus Wasserstoff und Silicochloroform bestehendes Gasgemisch zu verwenden, welches bei ca. 1200 C zersetzt
wird, und das Silizium auf dem abgeflachten Graphitträgerkörper mit möglichst hoher Abscheidegeschwindigkeit
niederzuschlagen. Dadurch kann erreicht werden, daß die Wandstärke des Siliziumrohres überall gleichmäßig
ausgebildet ist, was für die.nachfolgende mechanische
Bearbeitung sehr wichtig ist. Die Wandstärke des Si- oder SiC-Rohres muß auf mindestens 1 mm eingestellt
werden. . .
Durch das Verfahren nach der Lehre der Erfindung gelingt
es, auf einfache und rationelle Weise eine Horde aus Silizium- oder Siliziumcarbid (bei Verwendung der entsprechenden
Siliziumverbindung, z.B. von Tri chlorine thy 1-silan)
herzustellen, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß sie die Form einer langgestreckten Wanne mit flachem
Bodenteil und nach außen gewölbten Seitenwänden und in entsprechenden Abständen angebrachte Stützstreben aufweist,
welche sich als Verlängerung der Seitenwände bis über die Mitte der für die spätere Diffusion vorgesehenen
Siliziumkristallscheiben erstrecken.
Gemäß einem besonders günstigen Ausführungsbeispiel nach der lehre der Erfindung wird die Höhe der Seitenwände so
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bemessen, daß die Kristallscheiben sowohl von unten, also von der Grundplatte der Horde, als auch von den Seitenwänden
gestützt werden (Dreipunktlagerung).
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel wird die Höhe der
Seitenwände so eingestellt, daß die Kristallseheiben nur auf der Grundplatte der Horde lagern (Einpunktlagerung).
In diesem Fall sind die Seitenwände niedriger als im ersten Ausführungsbeispiel und dienen lediglich dazu, die Kristallscheiben
gegen Herausfallen zu sichern.
Eine weitere Möglichkeit ist dadurch gegeben, daß die Höhe der Seitenwände so eingestellt wird, daß die Kristallscheiben
nur durch die Seitenwände gehalten werden (Zweipunktlagerung) . In diesem Pail sind die Seitenwände höher als
im ersten Ausführungsbeispiel.
In allen drei Fällen hat es sich als zweckmäßig erwiesen, zum zusätzlichen Sichern der Sllizlumkristallscheiben vor
dem Umkippen nach vorn Stützteile aus Silizium zu verwenden. Diese können runde oder auch abgeflachte Siliziumstücke
sein»
AIb besonders günstiges und mechanisch und thermisch stabiles
Ausführungsbeispiel nach der lehre der Erfindung ist eine Horde anzusehen, bei der die In gewissen Abständen entlang
der ßeitenwände auftretenden Stützstreben einen gee.chlos&eiietl
Bogen bilden und eine abgeflachte Oberseite aufweisen«
in diieeitt fall wird ein Graphitträgerkörper für die Gasphasenabscheidung
verwendet, welcher beidseitig abgeflacht ist.
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Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten
Siliziumhorden sind wegen ihrer günstigen äußeren Form
sehr gut geeignet für Diffusion von Siliziumkristallen in durch die Gasphasenabscheidung gefertigten Siliziumrohren,
da- letztere nur mit einem Graphitträgerkörper mit entsprechend großem Querschnitt hergestellt werden
müssen, um einen guten Sitz der Horde im Siliziumdiffusionsrohr zu gewährleisten.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren 1 bis 7«näher erläutert.
Die Figuren 1 und 3 zeigen Vorrichtungen zur Herstellung
des Siliziumrohres mit abgeflachten Seiten;
die Figuren 2 und 4 zeigen vergrößert ein Schnittbild
des hergestellten Rohres längs der Linien ΙΙ-ΙΓ bzw. IV-IV der Fig. 1
und 3;
die Figur 5 zeigt.eine besonders günstige Form
einer Siliziumhordej
die Figuren 6 und 7 zeigen Seitenansichten von mit Siliziumkristallscheiben
beschickten Horden.
Die in Fig. 1 abgebildete Vorrichtung weist ein Reaktionsgefäß 1 in Form einer Quarzglocke auf, welches mit einem
aus einer Silbergrundplatte 2 bestehenden Bodenteil verbunden ist. In der Silbergrundplatte 2 sind Rohre 4 angeordnet,
durch die eine gasförmige Verbindung des abzuscheidenden Siliziums (SiHCT^) und Wasserstoff als Trägergas
eingeleitet wird. Die Rohre 4 sind von weiteren Rohren
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umgeben, durch die die Restgase das Reaktionsgefäß 1 verlassen können. In der Silberplatte 2 sind auch Durchführungen
6 aus Teflon vorgesehen, durch die die als Strorazuführungen dienenden Silberelektroden 7 in das
Innere des. Reaktionsgefäßes 1 geführt sind. Die Silberelektroden .7 sind mit aus Graphit bestehenden Haltern 8
und 9 verbunden. Auf dem Halter 8 ist ein rohrförmiger Trägerkörper 11 mit abgeflachten Seiten aus Graphit angeordnet,
während der Halter 9 einen Graphitstab 10 trägt. Der Trägerkörper 11 und der Graphitstab 10 sind
an der Oberseite mit einem Gewinde ,12 versehen, welches
den Stab 10 mit dem Trägerkörper 11 mechanisch und elektrisch verbindet.
Wird an die Elektroden 7 eine Spannung angelegt, so werden
der Trägerkörper 11 und der Stab 10 aufgeheizt. Der Stab 10 gibt dabei durch Strahlung nach allen Seiten und
durch leitung nach oben Wärme ab, so daß insbesondere die Oberseite des Trägerkörpers 11 auf eine Temperatur
erhitzt wird, die nicht wesentlich unterhalb der Temperatur des übrigen Trägerkörpers 11 liegt. Die Stirnseite
des Trägerkörpers 11 wird mit einem Deckel 13 abgeschlossen, so daß der Trägerkörper 11 nach außen hin eine vollkommen
glatte Oberfläche bietet. Zu diesem Zweck ist in den Mittelteil des Deckels 13 und in die Stirnseite des
Stabes 10 ein Gewinde 14 eingeschnitten, durch das sich der Deckel 13 mit dem Stab 10 und damit auch mit dem
Trägerkörper 11 verschrauben läßt.
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Das Abscheiden des Siliziumrohres 15 erfolgt in bekannter Weise wie beim Herstellen von Stäben aus Halbleitermaterial
nach dem sogenannten C-Verfahren. Ale gasförmige Verbindung wird Silicochloroform mit dem ülrägergas Waseerstoff
verwendet. Die Slliziumabscheidung erfolgt bei !Temperaturen von etwa 1100 - 1200° C, vorzugsweise 1150° 0.
Nach dem Abscheidungsprozeß wird dann die gesamte in dem Reaktionsgefäß 1 befindliche Anordnung zur Entfernung
des Graphitträgerkörpers 11 mit Deckel 13 auf eine femperatur
von 1250° C für ca. 10 Minuten aufgeheizt und dabei im Reaktionsgefäß 1 eine Strömungsgeschwindigkeit der
Wasserstoffatmosphäre von 250 l/h eingestellt. DaB Siliziumrohr
15 mit den abgeflachten Seiten läßt sich anschließend leicht vom Träge'rkörper 11 abziehen.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch die Anordnung vor
dem Abziehen des Graphitträgerkörpers; es gelten die gleichen Bezugszeigen wie in Fig. 1. . l
In Fig. 3 wird eine andere Möglichkeit zur Herstellung eines
abgeflachten Siliziumrohres dargestellt. Die Vorrichtung besteht auB einer Bodenplatte 20 aus Silber, die mit einer
Glocke 21 aue Quarz gasdicht verbunden ist. Im Innern dieses
aus der Silbergrundplatte 20 und der Quarzglocke 21 bestehenden Reaktionsraums befinden sich zwei vertikal
angeordnete rohrföiMnige !Ürägerkörper 22 und 23 aus Graphitj
die über Graphittelle 24 und 25 mit Elektroden 26 und 27
aus Silber verbunden sind» Diese Elektroden sind an eine Spannungsquelle 2Θ angeschlossen und über Teflondurchführungen
29 und 30 durch die Silberplatte 20 geführt. Die
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rohrförmigen Graphitträgerkörper 22 und 23 sind an
ihren beiden Seiten abgeflacht, wie dies auch aus dem in Pig. 4 dargestellten Schnittbild zu ersehen ist.
Die Graphitträgerkörper 22 und 23 sind an ihrem oberen Ende mit einer leitenden Brücke 31 aus Graphit verbunden.
...
Zur Abscheidung der die Diffusionsrohre bildenden Siliziumschichten
32 und 33 wird ein Gemisch aus Silicochloroform und Wasserstoff im Molverhältnis von etwa 0.1 durch
die in der Bodenplatte 20 angebrachten Rohre 34 eingeleitet und an den auf ca. 1150° C.erhitzten Trägerkörpern
22 und 23 zersetzt, wobei sich Silizium 32 und 33 an den mit den abgeflachten Seiten versehenen Rohrwänden
22 und 23 abscheidet. Die Rohre 34 werden von weiteren Rohren 35 umgeben, durch welche die Restgase den Reaktionsraum
verlassen. Entsprechend den abgeflachten Seiten der Graphitträgerkörper 22 und 23 bilden sich auch bei der
Abscheidung Siliziumrohre 32 und 33 mit abgeflachten Seiten. .
Fig. 4 stellt einen Querschnitt durch eine Anordnung vor dem Abziehen des Graphit trägerkörper s dar; es geLten die
gleichen Bezugszeichen wie in F±g. 3.
In Fig. 5 ist eine besonders günstige Ausführungsform einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten
Horde gezeigt. Mit dem Bezugszeichen 40 ist die aus dem Siliziumrohr 41 (gestrichelt gezeichnet) herausgearbeitete
Horde bezeichnet, mit dem Bezugszeichen 42 die für die Diffusion vorgesehene Siliziumkristallscheibe. Diese
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Horde wird durch senkrecht und parallel zur .Rohrachse
ausgeführte Sägesehnitte mit der Diamantsäge aus einem
einseitig abgeflachten Siliziumrohr herausgearbeitet.
Als günstige Maße haben sich für die Horde die in der Zeichnung angegebenen, aus der folgenden Gleichung ersichtlichen
Verhältnisse erwiesen:
r2 - a2 a «^ 0.9 r«
2 <r2 - a; 0o8
Dabei bedeutet
b die Höhe der Seltenwände,
a das Maß der Abflachung des Siliziumrohres, d.h., Abstand Mittelpunkt Si-Rohr zur abgeflachten Grundplatte,
r^ den Innenradius des Siliziumrohres,
Ty den Innenradius der Siliziumkristallscheibe.
In Pig. 6 ist eine Horde 43 mit einem Stapel 44 "von Sillziumkristallscheiben
45 dargestellt, welche aus einem beidseitig abgeflachten Siliziumrohr gefertigt wurde. Dabei befindet
sich an dem einen Ende des Siliziumkristallscheibenstapels eine Stützstrebe 46, welche durch Stehenlassen der Sohrv/ände
beim Heraussägen der Horde erhalten wird und Innerhalb der Horde einen geschlossenen Bogen mit einer abgeflachten
Oberseite bildet» Der Slliziumkristallscheibenstapel 44 wird an seinem anderen Ende durch ein aus einem
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abgeflachten Siliziumstück bestehendes Stützteil 47 in
seiner lage gehalten.
Eine andere Hordenausführungsform ist in Fig. 7 dargestellt.
Dabei wird der Siliziumkristallscheibenstapel durch in entsprechenden Abständen entlang der Seitenwände
der Horde 48 angebrachte Stützstreben 49 vor dem Umkippen
gesichert.
12 Patentansprüche
7 Figuren
7 Figuren
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Claims (12)
1. Verfahren zum Herstellen von Horden aus Silizium oder
SiliziuincarMd für die Aufnahme von Siliziumkristallscheiben
bei Diffusions- und Temperprozessen, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst in bekannter Weise ein
Silizium- oder SiIiziumcarbidrohr durch Abscheidung
aus der Gasphase von Silizium oder Siliziumcarbid auf einem erhitzten Trägerkörper aus Graphit und Entfernen
des Graphitträgerkörpers hergestellt wird, wobei bei der Gasphasenabscheidung ein mindestens einseitig abgeflachter
Graphitträgerkörper verwendet wird, daß dann aus dem abgeflachten Silizium- oder Siliziumcarbid—
rohr die Horde in ihrer gewünschten Form durch mechanische Bearbeitung in paralleler und senkrechter Richtung
zur Rohrachse herausgearbeitet wird, wobei die abgeflachte Seite die Grundplatte der Horde darstellt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die mechanische Bearbeitung durch Sägen mittels einer Diamantsäge erfolgt.
3. "Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Horde durch Herausschleifen entsprechender Formen aus dem abgeflachten Silizium- oder SiIi ziumcarbidr ohr
hergestellt wird.
4. Verfahren nach. Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß bei der Gasphasenabscheidung ein aus Wasserstoff und Silicochloroform bestehendes Gasgemisch verwendet wird,
welches bei ca. 1200° C zersetzt und das Silizium auf
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dem abgeflachten Graphitträgerkörper mit möglichst hoher Abscheidegeschwindigkeit niedergeschlagen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die niedergeschlagene Silizium- oder Siliziumcarbidschicht
auf eine Stärke von mindestens 1 mm ein-
• gestellt wird. ·
6. Horde aus Silizium oder Siliziumcarbid, hergestellt
nach dem Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet durch die Form einer langgestreckten Wanne mit
flachem Bodenteil und nach außen gewölbten Seitenwänden und durch in entsprechenden Abständen angebrachte
Stützstreben, welche sich als Verlängerung der Seitenwände bis über die Mitte der für die spätere Diffusion
vorgesehenen Siliziumkristallscheiben erstrecken.
7. Horde nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Seitenwände so bemessen ist, daß die Kristallscheiben
sowohl von unten als auch von.den Seitenwänden gestützt werden (Dreipunktlagerung).
8. Horde nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Seitenwände so bemessen ist, daß die Kristallscheiben
nur auf der Grundplatte der Horde lagern (Einpunktlagerung) .
9. Horde nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
Höhe der Seitenwände so bemessen ist, daß die Kristallscheiben nur durch die Seitenwände gehalten \*erden
(Zweipunktlagerung).
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ORIGINAL INSPECTED
10. Horde nach Anspruch 6 "bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Stützstreten einen geschlossenen Bogen bilden.
11. Horde nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützstreben eine abgeflachte Oberseite aufweisen.
12. Horde nach Anspruch 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein bewegliches Stützteil aus Silizium vorhanden
ist, mit dem ein beliebig großer Kristallscheibenstapel vor dem Umkippen gesüiert ist.
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Leerseite
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