DE2359563C3

DE2359563C3 - Reaction vessel for depositing semiconductor material

Info

Publication number: DE2359563C3
Application number: DE19732359563
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: 1973-05-14
Filing date: 1973-11-29
Publication date: 1980-10-16
Also published as: DE2359563A1; DE2359563B2

Description

Das Hauptpatent 2324365 hat ein 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 Druckgefäßes angeordnet sind, das während des Abscheidebetriebs abgeschlossen und mit inertem Druckgas gefüllt ist. zum Gegenstand.The main patent 2324365 has a reaction vessel for the deposition of semiconductor material on heated support bodies from a flow through the reaction vessel Reaction gas, consisting of one with the necessary for the supply and discharge of the reaction gases Nozzles, as well as the brackets for the carrier body provided plate-shaped or plate-shaped Base and a quartz or glass bell placed gas-tight on the base, the base and the attached bell are arranged in the interior of a pressure vessel, which during the separation operation is closed and filled with inert pressurized gas. to the subject.

Das Ziel der Anordnung liegt in der Vermeidung von Einspannungcn der Glocke, die sonst zur Befestigung und Erzielung einer gasdichten Verbindung zwischen Unterlage und Glocke erforderlich sind. Außerdem schützt der Druckgasmantel die Umgebung gegen eine Explosion der Glocke, die in Anbetracht bestimmter Keaktionsgase bzw. bei einer Reaktion entstehender Produkte durchaus im Bereich des Möglichen liegt.The aim of the arrangement is to avoid it of clamping the bell, which is otherwise used to secure and achieve a gas-tight connection between Pad and bell are required. In addition, the pressurized gas jacket protects the environment against an explosion of the bell, which in view of certain reaction gases or in the event of a reaction resulting products is definitely within the realm of the possible.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die in der Hauptanmeldung beschriebene Vorrichtung weiter zu verbes-It is the object of the invention to further improve the device described in the main application.

·"· sern. Tritt nämlich ein Bruch der Glocke oder ein Undichtwerden der Verbindung mit der Unterlage ein, so dringt das Druckgas unter Druckausgleich mit dem Gas im Re.aktionsraum in großen Mengen in das Innere des Reaktionsgefäßes ein, was zu einer Bcschädi-· "· Sern. If the bell breaks or a leak occurs the connection with the base, the pressurized gas penetrates under pressure equalization with the Gas in the reaction space in large quantities into the interior of the reaction vessel, which leads to damage

I» gung der Träger führen kann, solange sich diese in aufgeheiztem Zustand befinden. Es ist also wünschenswert, der. die Träger beheizenden elektrischen Strom sofort auszuschalten. Ähnliches gilt für die Versorgung mit dem Reaktionsgas.I »movement of the carrier can lead as long as this is in are in a heated state. So it is desirable that. the carrier heating electrical Switch off the power immediately. The same applies to the supply of the reaction gas.

i"> Deshalb ist gemäß der vorliegenden Zusatzerfindung vorgesehen, daß ein beim Absinken des Druckes des inerten Druckgases unter einen Mindestwert oder beim Ansteigen des Druckes des Reaktionsgr^ses über einen Maximalwert die Beheizung der Trägerkörperi "> Therefore, according to the present additional invention provided that when the pressure of the inert compressed gas drops below a minimum value or when the pressure of the reaction variable rises above a maximum value, the support body is heated

-Ι) und/oder die Zufuhr an Reaktionsgas sperrender Kontaktgeber und/oder eine Alarmanlage mit dem Reaktionsgefäß gekoppelt ist.-Ι) and / or blocking the supply of reaction gas Contactor and / or an alarm system is coupled to the reaction vessel.

Dabei kann der Kontaktgeber mit mindestens einem zugleich als elektrischen Schalter wirkendemThe contactor can be equipped with at least one switch that also acts as an electrical switch

-'"> Kontaktmanometer zur Überwachung des Druckes des inerten Druckgases, oder mit einem in einem Überbrückungsrohf angeordneten elektrischen Kontakt-Differenzmanometer oder mit einem als elektrischen Kontaktgeber wirkenden Strömungsmesser zu-- '"> Contact manometer for monitoring the pressure of the inert compressed gas, or with an electrical contact differential manometer arranged in a bridging tube or with a flow meter acting as an electrical contactor.

M> sammengeschaltet sein, wobei der Strömungsmesser an einer mit einer Kapillaren versehenen Verbindung zwischen dem Innern des Reaktionsgefäßes und dem mit dem Druckgas gefüllten Raum liegt.M> be interconnected, the flow meter to a connection provided with a capillary between the interior of the reaction vessel and the with the compressed gas filled space.

In den Figuren sind für übereinstimmende Appara-In the figures for matching apparatus

r> teteile dieselben Bezugszeichen verwendet.The same reference numerals are used for parts.

Eine platten- oder tellerförmige Unterlage 1, vorzugsweise aus Silber, nimmt unter Beachtung gasdichter Verbindungen eine Düse 2 für die Zufuhr an frischem Reaktionsgas und eine Öffnung 3 für dasA plate-shaped or plate-shaped base 1, preferably made of silver, takes into account gas-tight Connections a nozzle 2 for the supply of fresh reaction gas and an opening 3 for the

to verbrauchte Gas auf. Ferner sind zur Halterung der Trägerkörper Elektroden 4 vorgesehen, die gegeneinander isoliert und gasdicht durch die Unterlage 1 geführt sind. Als Trägerkörper 5 sind zwei oder mehrere vertikale und gleichlange dünne Siliciumstäbeto consumed gas on. Furthermore, electrodes 4 are provided for holding the carrier bodies, which electrodes face one another are insulated and guided through the base 1 in a gas-tight manner. As a carrier body 5 are two or more vertical and equally long thin silicon rods

•r> verwendet, die mit ihren unteren Enden in je einer Elektrode 4 unter gutem elektrischen Kontakt mit den Elektroden in vertikaler Stellung gehaltert sind, während sie an ihren oberen Enden über eine Brücke 6 aus leitendem inerten Material, z. B. Graphit oder Si-• r> used with their lower ends in one each Electrode 4 are held in a vertical position with good electrical contact with the electrodes, while they at their upper ends over a bridge 6 made of conductive inert material, for. B. graphite or Si

,1) licium, in leitender Verbindung gehalten sind. Die Elektroden sind über elektrische Zuleitungen mit einer abschaltbaren Betriebsstromquelle 10 verbunden, welche den für die Beheizung der Trägerkörper erforderlichen elektrischen Strom liefert. Den Anschluß, 1) licium, are held in a managerial relationship. the Electrodes are connected to an operating power source 10 that can be switched off via electrical leads, which supplies the electrical current required for heating the carrier body. The connection

r> des Reaktionsraumes liefert die gasdicht auf die Unterlage 1 aufgesetzte Glocke 7 aus Quarz oder Glas oder ähnlichem Material.The bell 7 made of quartz or glass, placed gas-tight on the base 1, supplies the reaction space or similar material.

Während des Betriebes werden die Trägerkörper 5 unter Wasserstoffgas durch den von der Betriebs-During operation, the carrier body 5 are under hydrogen gas by the operating

wi Stromquelle 10 gelieferten elektrischen Heizstrom auf die für die Abscheidung von Silicium aus einem Reäktionsgas wie mit H₂ verdünntem SiHCl, und SiCI₄ oder SiH₄ erforderliche hohe Temperatur aufgeheizt und dann das eigentliche Reaktionsgas den glühendenThe electrical heating current supplied by the power source 10 is heated to the high temperature required for the deposition of silicon from a reaction gas such as SiHCl _{diluted with H 2} , and SiCl ₄ or SiH _{4, and the actual reaction gas then becomes the glowing}

h'i Trägerkörpern zugeführt.h'i carrier bodies supplied.

Zur Sicherheit der Anordnung und zur Erzielung einer gasdichten Verbindung zwischen Glocke 7 und Unterlage 1 befindet sich das Reaktionsgefäß 1,7 inFor the security of the arrangement and to achieve a gas-tight connection between the bell 7 and Underlay 1 is the 1.7 in. Reaction vessel

einem Autoklaven 8, 9, der während des Betriebes mit dem Druckgas angefüllt ist. Das Druckgefäß besteht z. B. aus einem am Boden durchlochten Kasten 8 aus Stahl, der teils durch die Unterlage 1, teils durch einen Deckel 9 dicht abgeschlossen ist. Das Druckgas wird über ein Ventil 11 in das Druckgefäß eingeführt. an autoclave 8, 9, which is filled with the compressed gas during operation. The pressure vessel exists z. B. from a perforated at the bottom box 8 made of steel, which is partly through the pad 1, partly through a lid 9 is tightly closed. The compressed gas is introduced into the pressure vessel via a valve 11.

Die Verkörperung gemäß Fig. 1 der Erfindung sieht nun zur weiteren Ausgestaltung zwei ManometerThe embodiment according to FIG. 1 of the invention now sees two pressure gauges for further refinement

12 und 13 vor, die zugleich als elektrische Kontakte ausgebildet sind. Das Kontaktmanometer 12 überwacht den Druck im Autoklaven 8,9, das Manometer12 and 13, which also act as electrical contacts are trained. The contact manometer 12 monitors the pressure in the autoclave 8, 9, the manometer

13 hingegen den Gasdruck im Innern des eigentlichen Reaktionsgefäßes 1,7. Das Manometer 12 ist so ausgebildet, daß es beim Unterschreiten des Druckes im Druckgas unter den noch zulässigen Mindestwert einen elektrischen Stromkreis zur Aktivierung eines Kontaktgebers 14 schließt. Der gleiche Kontaktgeber13, however, the gas pressure inside the actual reaction vessel 1.7. The pressure gauge 12 is designed so that when the pressure falls below the pressure in the compressed gas below the still permissible minimum value electrical circuit for activating a contactor 14 closes. The same contactor

14 kann aber auch durch das Manometer 13 aktiviert werden, sobald der Druck des Reaktionsgases im Reaktionsgefäß einen vorgegebenen Maximalwert überschreitet. 14 can also be activated by the manometer 13 as soon as the pressure of the reaction gas in the reaction vessel exceeds a specified maximum value.

Die Aktivierung des Kontaktgebers 14 bedeutet:Activation of contactor 14 means:

a) Abschaltung der Betriebsstromqueile 10 von den Trägerkörpern 5 durch öffnen eines Schalters 15 im Betriebsstromkreis,a) Switching off the operating current source 10 from the carrier bodies 5 by opening a switch 15 in the operating circuit,

b) Drosselung der Zufuhr an frischem Reaktionsgas durch Betätigung eines entsprechenden Ventils 16, z. B. Magnetventils,b) Throttling the supply of fresh reaction gas by actuating a corresponding valve 16, e.g. B. solenoid valve,

c) Betätigung einer optischen und/oder akustischen Alarmanlage 17.c) Activation of an optical and / or acoustic alarm system 17.

Eine andere Möglichkeit der Erfindung sieht die Anwendung eines elektrischen Kontakt-Differenzmanometers vor, das zugleich unter dem Einfluß des Gasdruckes im Reaktionsgefäß 1,7 und des Druckgases gehalten ist. Diese Möglichkeit ist in Fig. 2 dargestellt. Der Reaktionsraum ist zu diesem Zweck mit einem Überbrückungsrohrl8 mit dem Druckgasraum außerhalb der Glocke 7 verbunden. Das Überbrükkungsrohr J 8 ist mit einer Membrane 19 gasdicht abgeschlossen. Die Membrane 19 drückt aufgrund ihrer Elastizität beim Unterschreiten des Druckes im Druckgas unter einem vorgegebenen Minimalwert so stark gegen ein druckempfindliches elektronisches Element 20, insbesondere Halbleiterbacslement mit pn-Übergang, daß dieses einen zur Aktivierung des Kontakteebers 14 ausreichenden elektrischen Strum einzuschalten in der Lage ist, und über den motori-"> sehen Druckregler M die Zufuhr vom Druckgas verstärkt. Another possibility of the invention provides for the use of an electrical contact differential manometer which is held under the influence of the gas pressure in the reaction vessel 1, 7 and the pressure gas at the same time. This possibility is shown in FIG. For this purpose, the reaction space is connected to the pressurized gas space outside the bell 7 by a bridging pipe. The bridging tube J 8 is sealed gas-tight with a membrane 19. Due to its elasticity, when the pressure in the compressed gas falls below a predetermined minimum value, the membrane 19 presses so strongly against a pressure-sensitive electronic element 20, in particular a semiconductor element with a pn junction, that it is able to switch on an electrical current sufficient to activate the contact transmitter 14, and via the motori - "> see pressure regulator M the supply of pressurized gas is increased.

Genaugenommen wird bei dieser Verkörperung der Erfindung der Kontaktgeber 14 aktiviert, sobald die Druckdifferenz zwischen Druckgas und Reakti-Strictly speaking, in this embodiment of the invention, the contactor 14 is activated as soon as the pressure difference between the pressurized gas and the reactant

Hi onsgas unterhalb eines vorgeschriebenen Mindestwertes absinkt.Hi onsgas below a prescribed minimum value sinks.

Eine weitere Möglichkeit der Erfindung (vgl. Fig. 3) sieht zwischen dem Innern des Reaktionsgefäßes 1, 7 und dem mit dem Druckgas gefüllten RaumAnother possibility of the invention (see. Fig. 3) provides between the interior of the reaction vessel 1, 7 and the space filled with the compressed gas

r> eine kapillare Verbindung 24 und einen empfindlichen Strömungsmesser 25 zur Kontrolle der Strömung durch die Kapillare 24 vor. Dieser Strömungsmesser 25 ist wiederum als elektrischer Kontaktgeber ausgestaltet, welcher beim Überschreiten der Strömungsge-r> a capillary connection 24 and a sensitive one Flow meter 25 to control the flow through the capillary 24 before. This flow meter 25 is in turn designed as an electrical contactor, which when the flow rate is exceeded

-'» schwindigKeit durch die Kapillare '-'ber einen vorgeschriebenen absoluten Wert der Sit ömungsgeschwindigkeit den Kontaktgeber 14 aktiviert. Da die Strömungsgeschwindigkeit durch die Kapillare durch die zu kontrollierende Druckdifferenz bestimmt ist,- '"SPEED THROUGH THE CAPILLARY" - A PRESCRIBED absolute value of the sitting speed the contactor 14 is activated. As the flow rate through the capillary through the pressure difference to be controlled is determined,

2Ί wird die beschriebene Variante der Erfindung unmittelbar verständlich. Zu bemerken ist dabei, daß die Einmündung der Kapillare in den eigentlichen Reaktionsraum zweckmäßig im oder in der Nähe des Gasaustrittsrohres 3 lokalisiert ist, damit das insbesondere2Ί the described variant of the invention is immediately understandable. It should be noted that the opening of the capillary into the actual reaction space is conveniently located in or near the gas outlet pipe 3, so that in particular

«ι aus Stickstoff bestehende Druckgas keine Beeinträchtigung des abgeschiedenen Halbleitermaterials bewirken kann. Das Kaliber der Kapillare 24 wird so klein bemessen, daß einerseits ein empfindlicher Strömungsmesser 25 noch durch den Leckstrom durch die«Ι Compressed gas consisting of nitrogen no impairment of the deposited semiconductor material can cause. The caliber of the capillary 24 becomes so small dimensioned that on the one hand a sensitive flow meter 25 still through the leakage flow through the

π Kapillare 24 gesteuert werden kann, während andererseits die Verluste an Druckgas oder Reaktionsgas durch die Kapillare möglichst gering sein soll. Als Geschwindigkeitsmesser können beispielsweise auch empfindliche Heißleiter- bzw. Kaltleiterelementeπ capillary 24 can be controlled while on the other hand the losses of compressed gas or reaction gas through the capillary should be as low as possible. As a speedometer can, for example, also use sensitive thermistor or PTC thermistor elements

■in verwendet werden, deren Selbstaufheizungsgrad sich mi» ändernder Gasströmung verändert. In diesem Fall ist es zweckmäßig, die Leckverluste an Druckgas über die Kapillare von Zeit zu Zeit oder kontinuierlich zu kompensieren.■ be used in the degree of self-heating changed with changing gas flow. In this case, it is advisable to use the leakage losses of compressed gas compensate the capillary from time to time or continuously.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Reaction vessel for depositing semiconductor material on heated support body from a reaction gas flowing through the reaction vessel, consisting of one with the for the inlet and Removal of the reaction gases required nozzle, as well as the brackets for the carrier body provided plate-shaped or plate-shaped base and one placed gas-tight on the base Quartz or glass bell, with the base and the attached bell inside a pressurized gas vessel are arranged, which is completed during the separation operation and with inert Compressed gas is filled, according to patent 2324365, characterized in that a sinking the pressure of the inert compressed gas below a minimum value or when the Pressure de "reaction gas above a maximum value the heating of the carrier body and / or the supply of contactor blocking reaction gas (14) and / or an alarm system (17) is coupled to the reaction vessel.

2. Reaction vessel according to claim 1, characterized in that the contactor (14) with at least one contact manometer (12) which acts at the same time as an electrical switch Monitoring the pressure of the inert compressed gas is interconnected.

3. Reaction vessel according to claim 1, characterized in that the contactor (14) with one arranged in an Ub ^ rbrücLangsrohr (18) electrical.! Contact differential manometer (19; 20) together ^ is switched.

4. Reaction vessel according to claim 1, characterized in that the contactor (14) with a flow meter (25) acting as an electrical contactor is interconnected, wherein the flow meter (25) at a connection provided with a capillary (24) between the interior of the reaction vessel (1; 7) and the space filled with the pressurized gas.