DE2358279C3

DE2358279C3 - Reaktionsgefäß zum Abscheiden von Halbleitermaterial auf erhitzte Trägerkörper

Info

Publication number: DE2358279C3
Application number: DE2358279A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Barowski; Wolfgang Dipl.-Chem. Dr. Dietze; Ulrich Rucha; Herbert Dipl.-Chem. Dr. 8011 Vaterstetten Sandmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-11-22
Filing date: 1973-11-22
Publication date: 1978-09-21
Also published as: DE2358279B2; DE2432383A1; DE2432383C2; DE2358279A1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Reaktionsgefäß zum Abscheiden von Halbleitermaterial auf erhitzte Trägerkörper aus einem das Reaktionsgefäß durchsti ömenden 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, wobei die Unterlage und die aufgesetzte Glocke im Innern eines Druckgasgefäßes angeordnet sind, das während des Abscheidebetriebes abgeschlossen und mit inertem Druckgas gefüllt ist.

Eine solche Vorrichtung ist Gegenstand des Hauptpatents 23 24 365. Bei dieser befindet sich das Reaktionsgefäß im Innern eines mit inertem Druckgas, beispielsweise N2 oder Ar, angefüllten Autoklaven während des Abscheidebetriebes. Das Druck- gas hat die Aufgabe, die Glocke gegen die Unterlage zu drücken und auf diese Weise eine gasdichte Verbindung zwischen Unterlage und Glocke zu bewerkstelligen. Zum anderen hat es die Aufgabe, eine Explosion der Glocke, die angesichts der ω chemischen Natur der bei der Abscheidung als Reaktionsgase verwendeten Verbindungen, insbesondere SiH₄ oder SiHCl₃, durchaus im Bereich des Möglichen liegt, verhindern.

Die Unterlage kann nach dem Patent 23 24 365 aus „, Silber bestehen. Die Erfindung betrifft nun eine vorteilhafte Ausbildung zu einem solchen Reaktionsgefäß.

Sie sieht erfindungsgemäß vor, daß die Unterlage au|

einem Stahlkörper besteht, der an der dem Reaktionsraum zugewandten Oberfläche mit einer Silberlage bedeckt ist Insbesondere ist die Silberlage auf den Stahlkörper in schmelzflüssigem Zustand aufgebracht und nach erfolgter Abkühlung durch einen Walzprozeß verdichtet

Wenn — wie in der DE-OS P 23 58 053 vorgeschlagen

- die Unterlage aus zwei zentrisch zueinander angeordneten Metallteilen unter Zwischenfügung einer

— insbesondere aus Polytetrafluorethylen bestehenden

— Dichtung zusammengesetzt und der eine der beiden Metallteile — insbesondere der innere — ausschließlich mit den Düsen für die Reaktionsversorgung, der andere

— insbesondere der äußere — ausschließlich mit den Halterungen für die Trägerkörper versehen ist, dann werden die beiden die Unterlage bildenden Metallteile mit einer Silberiage an der dem Reaktionsraum zugewandten Oberflächenseite versehen.

Im folgenden wird die Aufgabe der Erfindung näher erläutert:

Bei der Abscheidung von Halbleitermaterial, insbesondere von Silicium oder Germanium, aus den üblichen Reaktionsgasen, also Halogen- und/oder Wasserstoffverbindungen dieser Elemente, spielt erfahrungsgemäß die materielle Beschaffenheit der Begrenzung des Reaktionjraumes für die Reinheit des abgeschiedenen Halbleitermaterials eine bedeutsame Rolle. Ein günstiges Material ist hochreiner Quarz, aus dem die die obere und seitliche Begrenzung des Reaktionsraumes bildende Glocke bevorzugt besteht. Für die Unterlage kommt nur ein Metall in Betracht, da eine feste gasdichte Verbindung zu den Halterungen der Träger und den Versorgungsdüsen für das Reaktionsgas erforderlich ist. Außerdem muß die Unterlage in noch höherem Ausmaße als die Glocke mechanisch stabil sein. Außerdem empfiehlt sich eine Kühlung der Glocke während des Abscheidebetriebes.

Im Hinblick auf die Reinhaltung des abgeschiedenen Halbleiters hat sich eine Unterlage aus Silber bewährt, was auch in dem Patent 23 24 365 seinen Niederschlag gefunden hat. Je größer aber das Reaktionsgefäß ist, desto weniger erfüllt eine Platte aus Massivsilber die hinsichtlich an mechanischer Stabilität zu stellenden Forderungen. Eine solche Platte biegt sich teüs wegen der mechanischen, teils wegen der thermischen Belastung des Abscheidebetriebs durch, so daß der gasdichte Abschluß zwischen dem Rand der aufgesetzten Glocke und der Unterlage nicht mehr gewährleistet ist. Insbesondere gilt dies, wenn die Glocke entsprechend der Lehre des Patents 23 24 365 nicht mit der Unterlage, z. B. durch Zwingen, verspannt, sondern mittels eines Druckgases festgehalten ist.

Die mit der Erprobung der Erfindung gewonnenen Erfahrungen zeigten, daß eine dünne, beispielsweise durch Galvanik oder Aufdampfen aufgebrachten Silberschicht, auch wenn sie lückenlos den Stahlkörper der Unterlage an der Grenze zum Reaktionsraum bedeckt, in den meisten Fällen nicht ausreicht. Eine solche Schicht weist in der Regel Poren auf, durch welche das Reaktionsgas zum Stahlkörper der Unterlage vordringen und verunreinigende Stoffe aus dieser extrahieren kann. Dies führt dann in der Regel zum Auftreten unkontrollierter Verunreinigungen, wenn nicht eigens Vorkehrungen getroffen wurden, um die den Stahlkörper abdeckende Silberschicht lunkerfrei und porenfrei zu machen. Hierzu gibt es verschiedene Möglichkeiten. Eine dieser Möglichkeiten ist das

Aufbringen einer genügend dicken, d.h. mindestens 03 cm starken Schicht aus Feinsilber, die dann mechanisch, insbesondere durch eine Walzbehandlung, •/erdichtet wird. Eine andere Möglichkeit ist, diese Schicht zu schmieden.

Bei der Herstellung der Grundplatte bildet eine Stahlplatte, z.B. aus kohlenstoffhaltigem Stahl, den Ausgang. Sie hat beispielsweise eine Dicke von 6 cm und ist wenigstens an der als Begrenzung des Reaktionsraumes vorgesehenen Seite der fertigen Grundplatte eben ausgebildet

Diese Seite wird nun lückenlos mit einer Silberauflage versehen, die etwa die Hälfte der Gesamtstärke des Stahlkörpers ausmacht Es empfiehlt sich, das Silber im geschmolzenen Zustand aufzubringen und an der Oberfläche des Stahlkörpers erkalten zu lassen. Wenn es sich, wie im Beispielsfalle, um die Erzeugung einer um einige cm dicken Silberlage handelt so empfiehlt es sich, diese in einige mm dicken Teillagen nacheinander aufzubringen, und die jeweils vorher aufgebrachte Schicht vor dem Aufbringen der jeweils folgenden Teillage zum Erstarren zu bringen.

Nach dem Erkalten der Silberschicht wird die mit dieser bedeckte Stahlunterlage einem Walz- oder Schmiedeprozeß unterworfen. Dabei wird die Stärke des behandelten Körpers etwa auf die Hälfte reduziert. Zu gleicher Zeit tritt aber eine Verdichtung der Silberauflage und eine Verfestigung der Haftung an der Stahlunterlage ein. Damit sind Lunker von vornherein ausgeschlossen und Poren in der Silberschicht verschwunden.

Der auf diese Weise behandelte Verbundkörper wiH nun mit den zur Aufnahme der Halterungen für die Trägerkörper und der Düsen für die Reaktionsgasversorgung benötigten Bohrungen versehen. Die Bohrungen werden ebenfalls mit einer Silberschicht ausgekleidet. Die dort einzufügenden Apparateteile bestehen zweckmäßig aus Massivsilber oder dem für die Grundplatte verwendeten Stahl, der mit einer aufgeschmiedeten Silberschicht überzogen wurde. Sie werden, falls sie in unmittelbarer Berührung mit dem die Unterlage bildenden Metallkörper stehen sollen, so bemessen, daß sie sich mit der Wand der betreffenden Bohrung durch Verkeilung und/oder Verschraubung dicht verbinden lassen. Dies trifft beispielsweise für die Zufuhrdüsen und Abfuhrdüsen für das Reaktionsgas zu.

Andernfalls ist eine abdichtende Lage aus Polytetrafluoräthylen vorgesehen, die insbesondere bei den Halterungen für die Trägerkörper zum Zwecke der gegenseitigen elektrischen Isolation angebracht ist In diesem Falle wird ein entsprechender Raum für die Dichtung zwischen dem in die Bohrung einzufügenden Apparateteil und der Wandung der Bohrung in der Grundplatte vorgesehen.

Die fertige Grundplatte wird an Hand der Figur näher beschrieben. Sie zeigt einen Meridianschnitt durch ein der Erfindung entsprechendes Reaktionsgefäß.

Die plattenförmige Unterlage 1 besteht aus einem plattenförmigen Stahlkörper 2 auf dem eine Auflage 3 aus Feinsilber in der beschriebenen Weise aufgebracht ist In der Unterlage sind Bohrungen vorgesehen, durch welche die Zufuhrdüse 4 für das frische Reaktionsgas, die Abzugsdüse 5 für das verbrauchte Reaktionsgas, sowie die Halterungen für die Trägerkörper geführt und gasdicht eingepaßt sind. Die Halterung 6 für die Trägerkörper 8 sind zugleich als Elektroden für die Zufuhr eines die Trägerkörper während des Abscheideprozesses beheizenden elektrischen Stromes vorgesehen. Sie sind demnach unter Wahrung eines gasdichten Anschlusses unter Zwischenfügung einer Lage 7 aus Polytetrafluoräthylen von dem Verbundkörper der eigentlichen Grundplatte 1 getrennt.

Die Trägerkörper 8 sind im Beispielsfalle aus hochreinem Silicium bestehende dünne Stäbe, die mit ihren unteren Enden von den Elektroden 6 gehaltert und mit dem von einer nicht gezeichneten Betriebsstromquelle gelieferten elektrischen Strom beaufschlagt sind. Während der Stromkreis über eine Brücke 9 aus mit Silicium überzogenem Graphit geschlossen ist. Die Düse 4 steht mit einer zu einer Versorgungsvorrichtung für das Reaktionsgas führenden Rohrleitung, die Düse 5 mit einem Abzug in Verbindung. Der Reaktionsraum wird durch die Glocke 10 abgeschlossen. Die Elektroden 6 bzw. die Gasdüsen 4 und 5 können mittels Silberbuchsen 11 in den Durchführungen der Grundplatte 1,2 gasdicht mittels Silberlot eingepaßt sein.

Die beschriebene Apparatur ist im Betrieb in einem mit inertem Druckgas gefüllten Autoklaven entsprechend den Ausführungen des Patents 23 24 365 untergebracht

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Reaktionsgefäß zum Abscheiden von Halbleitermaterial auf erhitzte Trägerkörper aus einem 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 Quarz- oder Glasglocke, wobei die Unterlage und die aufgesetzte Glocke im Innern eines Druckgasgefäßes angeordnet sind, das während des Abscheidebetriebes abgeschlossen und mit inertem Druckgas gefüllt ist, nach Patent 23 24365, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage aus einem Stahlkörper besteht, der an der dem Reaktionsraum zugewandten Oberfläche mit einer Silberiage bedecjktist

2. Reaktionsgefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Silberlage in schmelzflüssigem Zustand auf den Stahlkörper der Unterlage aufgebracht und dort zum Erstarren gebracht worden ist

3. Reaktionsgefäß nach Anspruch 1 und 2, dadurch 2s gekennzeichnet, daß die Silberiage durch einen Walz- und/oder Schmiedeprozeß poren- und lunkerfrei verdichtet worden ist.

4. Reaktionsgefäß nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen aus Silber bestehen und die Halterungen für die Trägerkörper unter Zwischenfügung einer Lage aus Polytetrafluoräthylen oder Silberlot eingepaßt sind.