DE2324365A1

DE2324365A1 - Reaktionsgefaess zum abscheiden von halbleitermaterial auf erhitzte traegerkoerper

Info

Publication number: DE2324365A1
Application number: DE2324365A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Chem Dr R Dietze; Herbert Dipl Chem Dr Sandmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-05-14
Filing date: 1973-05-14
Publication date: 1974-12-05
Also published as: IT1012141B; BE806148A; DE2324365C3; PL93312B1; DE2324365B2; US3918396A; JPS5018363A

Description

Reaktionsgefäß zum Abscheiden von Halbleitermaterial auf erhitzte Trägerkörper.

Die Erfindung betrifft ein Reaktionsgefäß zum Abscheiden von Halbleitermaterial, insbesondere von Silizium, auf erhitzte Trägerkörper aus einem entsprechenden, das Reaktionsgefäß durchströmenden Reaktionsgas, bestehend aus einer mit den für die Zu- und Abfuhr der Reaktionsgase erforderlichen Düsen sowie den Halterungen für die Trägerkörper versehenen platten- oder tellerförmigen Unterlage und einer auf der Unterlage gasdicht aufgesetzten Quarzoder Glasglocke.

Solche Vorrichtungen sind beispielsv/eise aus der deutschen Patentschrift 1 198 787, 12c-2 für die Herstellung von Siliziumstäben bekannt. Die Trägerkörper sind hier zwei parallele, vertikal angeordnete Siliziumstäbe, die an ihren unteren Enden von je einer an der Bodenplatte befestigten Elektrode gehaltert und an ihren oberen Enden über eine Brücke aus Silizium oder Graphit leitend miteinander verbunden sind, so daß ein über die Elektroden zugeführter elektrischer Heizstrom die beiden Siliziumstäbe

409849/0948

VPA 9/110/3034 Stg /Roh

durchströmt und-sie auf die Abscheidungstemperatur erhitzt. Die platten- oder tellerförmige Unterlage besteht vorwiegend aus einem temperaturbeständigen Metall, zum Beispiel Silber, und ist an der den Resktionsraum begrenzenden Oberfläche mit Quarzplatten abgedeckt. Die beiden Elektroden sind gegeneinander elektrisch isoliert und gasdicht durch die Unterlage hindurchgeführt. Außerdem sind an ihr die Einlaß- und Auslaßstellen für das Realctionsgas vorgesehen. Statt stabförmiger Trägerkörper können auch rohrförmige Trägerkörper, insbesondere solche aus Graphit als Träger dienen, die in ähnlicher Weise wie die Trägerstäbe bei Anordnungen nach der deutschen Patentschrift 1 198 787 gehaltert sind und von einem elektrischen Heizstrom durchflossen sind. Eine solche-Anordnung dient zum Herstellen von Rohren aus Silizium. Schließlich können als Träger auch Halbleiterscheiben verwendet werden, die auf einer auf der Bodenplatte befestigten elektrisch beheizten Unterlage ruhen, die dann entweder auf induktivem " Wege oder mittels Widerstandsheizung auf die erforderliche hohe Abscheidungstemperatur gebracht wird.

Die auf der Unterlage über einen Dichtungsring aus gasdichtem, elastischem Material aufsitzende Quarzglocke wird im allgemeinen mit einem Flansch an ihrem Rand versehen sein, mit dessen Hilfe die Glocke unter Zwischenfügung der Dichtung auf der Unterlage festgespannt wird. Zu diesem Zweck werden Klammern und ähnliche Halteorgane verwendet, die ihrerseits an der Unterlage - zum Beispiel mittels Schrauben - befestigt sind. Die Unterlage besteht beispielsweise aus einer Silberplatte oder einem Silberteller, auf

VPA 9/M0/3034 , _AAÄ " - 3 -

409849/0948

die die Quarzglocke mit dem Flansch gasdicht unter Zwischenfügung des Abdichtmittels aufgesetzt wird. Für die Abdichtung wird zum Beispiel ein hochtemperaturfestes Dichtungsfett oder eine O-Ring-Dichtung verwendet. Der Anpreßdruck wird mechanisch, entweder unmittelbar auf den Quarzflansch oder an der Oberseite der Quarzglocke, ausgeübt. Da jedoch die Quarzglocke hierdurch starken lokalen mechanischen Belastungen unterworfen wird, kann es zu einer Beschädigung der Glocke beim Einspannen und während des Betriebes kommen. Diese Gefahr läßt sich auch durch Verwendung einer dickwandigen und daher kostspieligen Glocke nicht beseitigen.

Dies gelingt jedoch erfindungsgeinäß bei einem Reaktionsgefäß der eingangs gegebenen Definition, wenn die Quarzglocke mittels eines unmittelbar auf deren Außenseite einwirkendes Druckgas unter Entstehung einer gasdichten Verbindung gegen die Unterlage gedrückt ist. Dies verlangt das Vorhandensein einer Druckkammer, in welcher die Quarzglocke einschließlich der Unterlage, wenigstens in der Umgebung der aufgesetzten Quarzglocke während des Abscheidebetriebes angeordnet ist und das mit Druckgas angefüllt ist. Damit grenzt die Außenfläche der Quarzglocke an ein Gas mit gegenüber der Atmosphäre erhöhtem.Druck an, so daß sie während des Abscheidebetriebes ausschließlich oder wenigstens in der Hauptsache durch ihr eigenes Gewicht und die von diesem Druckgas ausgeübten Kräfte unter Entstehung einer gasdichten Verbindung mit der Unterlage auf dieser festgehalten ist.

Durch Anwendung eines entsprechend hohen Gasdruckes auf die Außenfläche der Glocke, insbesondere auf deren Ober-

VPA 9/110/3034 - 4 -

40 9 8 49/0948

seite, läßt sich ohne weiteres eine gasdichte Verbindung mit der Unterlage erzielen. Ist der um den Druck im Inneren .der Glocke verminderte Druck des anzuwendenden Druckgases ρ und r der größte Außenradius der Glocke, so wirkt auf die

Glocke zusätzlich zu ihrem Gewicht G noch die Druckkraft, ρ

K = ρ · r .TC(IT- 3,¹4256J4). Die auf die Glocke einwirkende vertikale Gesamtkraft K* ist

K* = ρ · T²IC + G

und der durch die Glocke bedingte Auflagedruck

wobei r.. der Außenradius und r_? der Innenradius am unteren Glockenrand, also die beiden, die Auflagefläche begrenzenden Radien der Quarzglocke, bedeuten. Ist r₁ = r und kann G gegenüber der durch das Druckgas bedingten Kraft vernachlässigt werden, so vereinfacht sich der Ausdruck für P zu

P =

Λ /L- \ L-

Die beiden den Druck ρ erzeugenden Kräfte G und ρ greifen aber an allen Teilen der Quarzglocke gleichförmig an, so daß die Gefahr ungleichförmiger Belastung der Glocke und damit eines Springens weitgehend vermieden ist. Wenn außerdem die

409849/0948

VPA 9/110/3034 - 5 -

Glocke auch an Ihrer Oberseite konvex nach außen (insbesondere gleichförmig) gekrümmt ist, dann hat man auch bei weniger als 0,5 cm Wandstärke ein stabiles Gebilde, dem angesichts der gleichförmigen mechanischen Wirkung des Druckgases weitaus höhere Belastungen zugemutet werden können, als dies beispielsweise durch die Anwendung rein mechamischer Mittel, zum Beispiel Klammern oder Zwingen, möglich ist. Der an der Grenze zwischen unterlage und Glocke auftretende mechanische Druck und damit die gewünschte gasdichte Verbindung kann dann in viel intensiveren Maße ohne Beschädigung der Glocke erreicht werden, als dies unter Verwendung von Zwingen, Klammern und dergleichen möglich wäre.

Palis die Glocke und die Unterlage exakt aufeinander angepaßte, zum Beispiel durch entsprechende Schliffe geformte Berührungsflächen aufweisen, kann auf die Anwendung eines Dichtungsmittels Überhaupt verzichtet werden. Sonst wird man als Dichtungsmittel entweder einen an den Verlauf des Bandes der Glocke angepaßten Dichtungsring aus gasdichtem, elastischem temperaturstabilem Material, zum Beispiel aus einem fluorhaltigen Elastomer oder Silikonkautschuk, oder aber ein hochtemperaturfestes Dichtungsfett anwenden.

In der FIg. ist ein der Erfindung entspreitiendes Reaktionsgefäß zum Abscheiden von Halbleitermaterial auf erhitzte Halbleiterkörper dargestellt. Die Unterlage besteht aus einer mit Durchbohrungen versehenen Silberplatte 1. Durch einen an einer zentralen Durchbohrung 2 ansetzenden Kanal 4 wird das verbrauchte Gas aus dem Reaktionsraum abgeführt.

VPA 9/110/3034 - 6 -

409849/0948

Innerhalb dieses Kanals 4 und der zentralen Durchbohrung 2 ist ein Zuführungsrohr 3 mit Ventil für das frische Reaktionsgas vorgesehen. Beiderseits dieser zentralen Durchbohrung sind zwei Elektroden 5 und 6 gegeneinander isoliert und gasdicht durch die Silberplatte" 1 geführt. Diese Elektroden 5 und 6 dienen zugleich als Halterungen, in welche zwei stab- oder rohrförmige Trägerkörper 7 mit ihren unteren Enden eingesetzt und stabil gehaltert werden können. Die gleichlangen Trägerkörper 7 und 7 sind an ihren oberen Enden mit einer Brücke 7a aus temperaturbeständigem elektrisch leitenden Material verbunden.

Die Silberplatte 1 ist auf einer durchlochten Grundplatte 8 aus Stahl gasdicht in der aus der Fig. ersichtlichen V/eise befestigt.

Die Quarzglocke 9 sitzt auf "der Silberplatte 1 mit ihrem unteren zu einem Plansch ausgebildeten Rand 10 gasdicht auf. Zur Verbesserung der Abdichtung ist ein Dichtungsring 11 vorgesehen. Dieser befindet sich zweckmäßig mit seinem größten Teil in einer seinem Verlauf angemessenen und in die Silberplatte 1 eingelassenen ringförmigen Nut. Gegebenenfalls kann auch der Flansch 10 entfallen und dementsprechend die Wandstärke der Glocke 9 auch an ihrem unteren Rand mit der Wandstärke in ihren übrigen Bereichen übereinstimmen oder gar verjüngt sein. Die Glocke 9 ist in ihrem oberen Teil gewölbt, wodurch eine verstärkte Belastbarkeit durch das Druckgas gegeben ist. Dieses befindet sich in einem die Glocke 9 umgebenden Druckgefäß 12, das zum Beispiel aus Stahl bestehen kann. Dieses Druckgefäß 12 ist mit einer Einlaß-

VPA 9/110/3034 - 7 -

409849/0948

stelle 13 für ein Inertgas, insbesondere Stickstoff oder ein Edelgas, versehen. Ein Manometer 14 erlaubt es, den Gasdruck im Druckgefäß 9 zu überwachen, der in bekannter V/eise auf einen hohen Wert, das heißt auf mehrere Atmosphären, eingestellt wird.

Zum Betrieb dieser Anordnung werden die Träger 7 in die Halterungen 5 und 6 eingebracht und mit der leitenden Brücke 7a verbunden. Dann wird die Glocke 9 auf die Silberplatte 1, gegebenenfalls unter Zwischenfügung der Dichtung 11 aufgesetzt und der Druckgasbehälter 12 verschlossen. Vor dem Einschalten der Strömung .des Reaktionsgases und der Beheizung der Trägerstäbe 5 und 6 wird der Druckgasbehälter mit Inertgas mit einem zur Dichtung ausreichendem Überdruck von 0,5 bis 2 Atmosphären gefüllt. Hierdurch wird die Glocke fest gegen die Silberplatte 1 gepreßt und eine gasdichte Verbindung erzielt. Dann wird Wasserstoff in das Reaktionsgefäß eingelassen und der die Beheizung der Trägerkörper 7 bewirkende elektrische Strom eingeschaltet. Sobald sich die Träger auf Abscheidungstemperatur befinden, kann das eigentliche Reaktionsgas, zum Beispiel ein Gemisch aus Hp und SiHCl^₅, in das Reaktionsgefäß eingelassen werden, so daß die Abscheidung an der glühenden Oberfläche der erhitzten Träger 7 stattfindet. Zur Überwachung des Betriebes ist der Druckgasbehälter mit einem druckfesten Beobachtungsfenster 15 und dem bereits erwähnten Manometer 14 versehen. Die zur Überwachung der Trägergasströmung sowie der Beheizung der Träger erforderlichen Mittel sind üblicher Natur und in der Figur im einzelnen nicht angegeben. Zu bemerken ist lediglich, daß es sich empfielt, das frische Reaktionsgas unter so hohem Druck in den Reaktionsraum einzublasen, daß sich eine lebhafte Strömung bis in den oberen Teil des Reaktionsraumes ausbilden kann«

409849/0948

VPA 9/110/3034 - 8 -

Die die Glocke umgebende inerte Druckgasatmosphäre stellt außerdem einen Sicherheitsfaktor gegen ein Austreten von Gas aus dem Reaktionsraum, sei es durch mangelhafte Abdichtung, sei es durch Beschädigung der Glocke 9 während des Eetriebes, dar, da sich das austretende Gas sofort mit dem inerten Gas vermischt und dieses dadurch unschädlich gemacht wird.

Es ist verständlich, daß eine solche Anordnung in abgewandelter Form auch für die Abscheidung von Halbleiterschichten auf Halbleiterscheiben geeignet ist. In diesem Fall befindet sich auf der Silberplatte eine beheizbare Unterlage, zum Beispiel ein Suszeptor, der durch das elektromagnetische Feld einer die Glocke von außen umgebenden Induktionsspule beheizt wird und der an seiner ebenen Oberseite die auf ihn aufgelegten Halbleiterscheiben trägt. Gegebenenfalls können auch die Trägerkörper 7 Körper von Halbleiterscheiben sein.

Die Druckdifferenz zwischen Außen- und Innendruck der Quarzglocke, die für eine ausreichende Abdichtung benötigt wird, ist in starkem Maße von der Größe (Durchmesser) der Quarzglocke und der Elastizität der Ringdichtung, bzw. deren Abmessung abhängig. Im allgemeinen dürfte ein Überdruck von 0,5 bis 1 Atmosphären ausreichend sein.

6 Patentansprüche

1 Pigur 409849/0948

Claims

Patentansprüche

1. ReaktionsgefäS zum Abscheiden von Halbleitermaterial, insbesondere von Silizium, auf erhitzte Trägerkörper aus einem entsprechenden das ReaktionsgefäS durchströmenden Reaktionsgas, bestehend aus einer mit den für die Zu- und Abfuhr der Reaktionsgase erforderlichen Düsen sowie den Halterungen für die Trägerkörper versehenen platten- oder tellerförmigen Unterlage und einer auf der Unterlage gasdicht aufgesetzten Quarz- oder Glasglocke, dadurch gekennzeichnet, daß die Quarz- oder Glasglocke mittels eines unmittelbar auf deren Außenseite einwirkenden Druckgases unter Entstehung einer gasdichten " Verbindung gegen die Unterlage gedrückt ist.

2. Reaktionsgefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Unterlage (1) und aufgesetzte Glocke (9) im Innern eines Druckgasgefäßes (12) angeordnet sind, das während des Abscheidebetriebes abgeschlossen und mit dem inerten Druckgas gefüllt ist.

3. Reaktionsgefäß nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Unterlage für die Quarz- oder Glasglocke (9) eine Silberplatte verwendet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Druckgas Stickstoff verwendet ist.

VPA 9/¹10/3034 - 10 -

409849/0948

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 Ms 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Quarz- oder Glasglocke unter Zwischenfügung eines elastischen O-Rings als Dichtungsmittel auf die Unterlage aufgesetzt ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Quarz- oder Glasglocke unter Zwischenfügung einer Lage aus Dichtungsfett auf der Unterlage aufgesetzt ist.

409849/0948