DE2360934A1

DE2360934A1 - Reaktionsgefaess zum abscheiden von elementarem silicium o.dgl.

Info

Publication number: DE2360934A1
Application number: DE2360934A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Barowski; Wolfgang Dipl Chem Dr Dietze; Ulrich Rucha
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-12-06
Filing date: 1973-12-06
Publication date: 1975-06-12
Also published as: DE2360934C3; DE2360934B2

Description

Reaktionsgefäß zum Abscheiden von elementarem Silicium oder dergleichen - - __

Die Erfindung betrifft ein Reaktionsgefäß zum Abscheiden von elementarem Silicium oder sonstigem Halbleitermaterial an der Mantelfläche von in einem den betreffenden Halbleiter in der Hitze abscheidenden Reaktionsgas erhitzten stab- oder rohrförmigen Trägerkörpern, die mittels je einer Halterung an der Oberseite einer aus Metall bestehenden Grundplatte - insbesondere in vertikaler Lage - im Inneren eines durch die Grundplatte und einer auf die Grundplatte gasdicht aufgesetzten Quarzglocke bestehenden Reaktionsgefäßes gehaltert sind und bei dem die mit den Halterungen für die Trägerkörper sowie mit den Versorgungsdüsen für das Reaktionsgas versehene metallische Grundplatte im Inneren des Reaktionsgefäßes mit einer Lage aus Quarz gegen den Reaktionsraum abgeschirmt ist.

Solche Reaktionsgefäße sind beispielsweise aus den deutschen Patentschriften 1 264 400 und 1 223 804 bekannt. Ein Ausführungsbeispiel wird an Hand der Fig. 1 beschrieben!

1. ist eine metallische Grundplatte, die beispielsweise aus Silber oder versilbertem Stahl bestehen kann. Sie ist mit Kühlkanälen 2 versehen, durch welche ein flüssiges oder gasförmiges Kühlmittel, zum Beispiel das aus einer Kältemaschine gelieferte Kühlgas, im Betrieb der Anordnung strömt. An der metallischen Grundplatte 1 ist ein Wärmefühler 27 befestigt, der über einen geeigneten Meßwertumformer seinen Meßwert in

VPA 9/110/3062 Stg/Dx

50 9824/0'7 71

einen Regelkreis schickt, durch welchen der Durchlauf des kühlenden Mediums durch die Kanäle der Grundplatte 2 auf einen Höchstwert der Temperatur der Grundplatte geregelt wird.

Zur Bildung des Reaktionsraumes ist auf die Oberseite der Grundplatte 1 eine Quarzglocke 17 mittels ihres Flansches 17a und einer Dichtung 18 gasdicht aufgesetzt. Zur Erzielung des hierfür nötigen Andrucks.kann eine mechanische Vorrichtung, zum Beispiel eine Zwinge oder ein Spannring, oder entsprechend der deutschen Patentanmeldung P 23 24 365.4 (VPA 73/1093) durch Anordnung des Reaktionsgefäßes in einem mit inertem Druckgas während des Betriebes gefüllten Autoklaven, vorgesehen sein.

Im Inneren des Reaktionsgefäßes befinden sich als Trägerkörper 2n (n = 1, 2, 3 . .) Siliciumstäbe oder Graphitrohre, die von gleicher Länge sind und die mit ihren unteren Enden 13 in je-· weils einer der Halterungen stecken, während die oberen Enden der vertikal orientierten Trägerkörper paarweise mit je einer aus hochreinem Graphit oder einem anderen hochreinen inerten Material bestehenden Brücke verbunden sind. In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Trägerkörper zwei vertikale Siliciumstäbe 19, 20, die mit einer Graphitbrücke 24 an ihren oberen Enden in leitender Verbindung miteinander gehalten sind. Ihre unteren Enden 13 befinden sich in der mit 12 beziehungsweise 15 bezeichneten und als Elektroden ausgebildeten Halterung, die fest mit der metallischen Grundplatte 1 des Reaktionsgefäßes verbunden ist. Im Falle der Elektrode 15 ist diese mit der metallischen Grundplatte 1 mittels eines Gewindes 14 unmittelbar verschraubt, weil die Grundplatte 1 im Falle der in Fig. 1 dargestellten Anordnung als elektrische Zuleitung vorgesehen ist. Sie wird dementsprechend mit einer zu einer Betriebsstromquelle führenden elektrischen Zuleitung 26 unter Verwendung einer Schraube 25 leitend verbunden. Die

VPA 9/110/3062 - 3 -

509824/Ö771

Elektrode 12 hingegen müß dementsprechend durch Isolierschichten 3 und 7, zum Beispiel aus Polyfluoräthylen, gegen die Grundplatte 1 isoliert werden. Sie wird von der Betriebsstromquelle über die Zuleitung 8 und die Durchführung 5, 5a mit elektrischem Betriebsstrom versorgt.

In Anbetracht der mitunter beträchtlichen Erwärmung dieser Elemente im Betrieb ist einmal die Grundplatte 1 mit einem Kühlrohrsystem 2, 27» zum anderen die Durchführung 5, 5a mit einem Kühlkanal 10, 5b ausgerüstet. Diese können an eine Kältemaschine oder ein Kühlwassersystem angeschlossen werden.

Zur Versorgung mit dem frischen Reaktionsgas ist das an der Oberseite der Grundplatte 1 mündende Zufuhrrohr 21, zur Abfuhr des verbrauchten Reaktionsgases die Abzugrohre 23 vorgesehen.

Um nun den Reaktionsraum gegen die - insbesondere aus Silber oder versilbertem Stahl bestehende - Grundplatte 1 abzuschirmen, ist diese mit einer lage aus hochreinem Quarz in Form einer massiven Platte 16 abgedeckt, welche nur die zur Aufnahme der Halterungen 12 und 15 für die Trägerkörper dienenden Bohrungen 16a, 16b sowie die mit den Mündungen der Rohre 21 und 23 abschneidenden Kanäle 16c, 16d und. 1-6'e für die Versorgung des Reaktionsraumes mit dem Reaktionsgas aufweist.

Da die Quarzplatten auch zur thermischen Isolierung des heißen Reaktionsraumes gegen die gekühlte Grundplatte dienen sollen, sind sie zweckmäßigerweise an Ihrer Oberfläche matt geschliffen. .■■■/■.-. ;.-^; "■""■■

Die Anwendung einer solchen Quarzabschirmung der Grundplatte ist auf jeden Pail zu empfehlen, selbst dann, wenn die Grundplatte aus hochreinem Silber besteht und während des Abscheidebetriebes gekühlt wird, sofern es sich um die Herstellung

VPA 9/110/3062 . . - 4 -

509824/0771

von hochreinem Halbleitermaterial, insbesondere von Silicium handelt. Jedoch werden die Beschaffungs- und Erhaltungskosten beträchtlich,' falls eine solche Anordnung zugleich eine Vielzahl von Trägern aufnehmen beziehungsweise zur Herstellung von dicken Siliciumstäben- und -rohren dienen soll. Es ist Aufgabe der Erfindung hier einen äquivalenten Ersatz für eine große Quarzplatte anzugeben, der billiger herzustellen und auch zu unterhalten ist.

Erfindungsgemäß wird deshalb vorgeschlagen, daß die Abschirmung der Grundplatte gegen den Reaktionsraum derart aus auswechselbaren einzelnen Quarzbaüsteinen mosaikartig und ohne Verwendung eines Bindemittels zusammengesetzt ist, daß die Quarzbausteine mindestens zwei übereinander angeordnete plattenförmige Quarzkörper definieren, derart, daß die den oberen plattenförmigen Quarzkörper zusammensetzenden Quarzbausteine die Fugen zwischen den Quarzbausteinen in dem unteren plattenförmigen Quarzkörper völlig abdecken und alle Fugen in dem oberen plattenförmigen Quarzkörper mit keiner der Fugen in dem unteren plattenförmigen Quarzkörper mehr als höchstens nur einen Berührungspunkt - insbesondere Kreuzungspunkt - aufweisen.

Der Ausdruck "mosaikartig" soll auch zum Ausdruck bringen, daß die Quarzbausteine sowohl innerhalb der einzelnen, je einen plattenförmigen Quarzkörper definierenden Quarzlagen als auch benachbarte Quarzlagen mit möglichst engen Fugen aneinander gelagert sind. Eine Anpassung der aneinanderstoßenden Flächen der Quarzkörper ist auf jeden Fall ratsam. Die Quarzkörper können zweckmäßig im Interesse der Reinheit des abgeschiedenen Halbleiters aus synthetischem, das heißt aus SiCl. oder SiHCl, oder SiH- durch Oxydation erhaltenem SiO« bestehen. Zur Anpassung der Grenzflächen der Quarzbausteine kann eine Schleifbehandlung angebracht sein.

VPA 9/110/3062 - 5 -

509824/0771

Ein plattenförmiger Körper kann offensichtlich auf sehr viele Weisen im Sinne der Erfindung zusammengesetzt werden. In der Praxis sind jedoch die Fälle interessant, bei denen man weitgehend mit zueinander kongruenten Quarzbausteinen zum Ziele kommt. Solchen Ausführungsbeispielen gilt die weitere Beschreibung der Erfindung und die Fig. 2 - 4, in denen Ausführungsformen dieser Art dargestellt sind.

Gewöhnlich wird man die metallische, insbesondere aus Feinsilber oder mit Feinsilber überzogenem Stahl bestehende Grundplatte 1 so ausgestalten, daß sich die Zuführungs- und Abführungsdüsen für das Reaktionsgas im Zentrum der Grundplatte befinden, während die Halterungen für die Trägerstäbe - insbesondere äquidistant - längs der Peripherie eines oder mehrerer das Zentrum der Grundplatte umgebenden Kreises beziehungsweise Kreise angeordnet sind. Hat man nur eine Zufuhr- und eine Abfuhrdüse, so werden sie zweckmäßig zueinander konzentrisch an-

geordnet, so daß die eine der beiden Düsen die andere konzentrisch umgibt. In einem solchen Falle definieren die beiden durch die Quarzbausteine der Abschirmung definierten Quarzplatten kreisscheibenförmige Körper, die denselben-äußeren Durchmesser aufweisen und mit diesem dicht am Innenrand der ebenfalls dort kreiszylindrischen - Quarzglocke 8 anliegen, während sie innen unmittelbar bis an die äußere der beiden konzentrischen Düsen herangeführt sind. Sie umgeben dann die äußere der beiden Düsen ohne Abstand oder bilden einen durchgehend homogenen Kanal, wie dies bei der Quarzplatte in Fig. 1 dargestellt ist.

Hat man keine konzentrische Anordnung der Versorgungsdüsen für das Reaktionsgas, so empfiehlt es sich die Quarzbausteine so zu bemessen, daß bei gleichem Außendurchmesser der Innendurchmesser der unteren Kreisringscheibe etwas größer als der der oberen Kreisringscheibe ist. Außerdem ist das Innere der unte-

VPA 9/110/3062 ■ . · - 6-

509824/07 71

2360334

ren Kreisringscheibe mit einer durehlochten Vollscheibe ausgefüllt, die dieselbe Höhe wie die untere Kreisringscheibe hat. Die löcher der inneren Vollscheibe umgeben je eine der Düsen für die Gasversorgung derart, daß eine möglichst vollständige Abschirmung der metallischen Grundplatte auch in ihren zentralen Teilen erreicht ist. Die Fuge, in der die besagte zentrale Quarzscheibe an die sie umgebende Kreisringscheibe anstößt, wird von der den oberen plattenförmigen Quarzkörper bildenden Kreisringscheibe restlos abgedeckt.

Me beiden Kreisringscheiben werden jeweils aus sektorförmigen Quarzbausteinen zusammengesetzt, welche in bezug auf Randabmessungen jeweils übereinstimmen. Eine sich derart aus Quarzbausteinen zusammensetzende Quarzabschirmung 16 ist in den Pig. 2 in seitlicher Ansicht und 3 in Aufsicht gezeigt. Die an die metallische Grundplatte, insbesondere Silberplatte 1, angrenzende Kreisringscheibe ist mit 28, die an den Reaktionsrauia angrenzende mit 29 bezeichnet. Die Scheibe 28 setzt sich aus sektorförmigen Quarzbausteinen 30, die Scheibe 29 ebenfalls aus sektorförmigen Quarzbausteinen 31 zusammen. Die sektorförmigen Quarzbausteine 30 und 31 brauchen nicht übereinzustimmen. Jedoch empfiehlt es sich, wenn alle Quarzbausteine und 31 in bezug auf ihren Umfang kongruent sin"d. Lediglich, wenn die ringförmige Quarzplatte 28 an ihrem inneren Begrenzungsradius eine die unmittelbare Umgebung der Gaszufuhr und Abfuhrdüsen abdeckende zentrale gelochte Quarzplatte 32 umgibt, empfiehlt es sich, wenn die Ringplatte 29 die Fuge zwischen den sektorförmigen Quarzbausteinen 30 und der Platte 32 abdeckt. Andernfalls kann die Platte 32 auch auf die Ringscheibe 31 aufgelegt sein. Hier muß man aber dann auf jeden Fall dafür sorgen, daß die Düsen 16c und 16d genügend weit über die metallische Grundplatte 1 hinausragen, um in die ihnen jeweils zugeordnete Bohrung der aufgesetzten Quarzplatte 32 eingreifen zu können. Dann brauchen die Quarzbausteine 30, 31 nicht verschieden zu sein.

VPA 9/110/3062 ■ - 7 -

509824/0771

2380934 - . - - ⁷ - ^; ■-

Aus Mg. 3 ist ersichtlich, daß die sektorförmigen Quarzbausteine 30, 31 in derselben Weise mit' je einer Bohrung 33 versehen sind, die zur Aufnahme je einer Halterung und Elektrode 12 "beziehungsweise 13 für je einen Trägerstab 1-9 "beziehungsweise 20 dient.

Die in Pig. 4 dargestellte Variante einer Anordnung gemäß Pig. 2 und 3 zeigt eine Konstruktion der Quarzabschirmung 16, bei der die die einzelnen Ringscheiben 28iund 29 zusammensetzenden Quarzbausteine 30, 31 nach Art der sichtbaren lamellenteile einer optischen Irisblende aneinanderliegen. Die Durchbohrungen, 33 sind in diesem Falle durch kongruente Randausfräsungen der einzelnen Quarzbausteine 30, 31 gebildet. Dementsprechend befinden sich die "Durchbohrungen" in den - in diesem Falle notwendigen - Kreuzungspunkten der sich von außen nach innen erstreckenden Fugen zwischen den Bausteinen in den Ringscheiben 28 und 29.

Der Vorteil dieser Anordnung liegt darin, daß die Quarzbausteine ein- und ausgebaut werden können, ohne daß die SiIiciumträger 19j 20 aus ihren Halterungen entfernt werden müssen.

4 Figuren

10 Patentansprüche

VPA 9/110/3062 - 8 -

509824/0771

Claims

Patentansprüche

1. Reaktionsgefäß zum Abscheiden von elementarem Silicium oder sonstigem Halbleitermaterial an der Mantelfläche von in einem den betreffenden Halbleiter in der Hitze abscheidenden Reaktionsgas erhitzten stab- oder rohrförmigen Trägerkörpern, die mittels je einer Halterung an der Oberseite einer aus Metall bestehenden Grundplatte im Inneren eines durch die Grundplatte und einer auf die Grundplatte gasdicht aufgesetzten Quarzglocke bestehenden Reaktionsgefäßes gehaltert sind und bei dem die mit den Halterungen für die Trägerkörper sowie mit den Versorgungsdüsen für das Reaktionsgas versehene metallische Grundplatte im Inneren des Reaktionsgefäßes mit einer Lage aus Quarz gegen den Reaktionsraum abgeschirmt ist, dadurch gekennzeichnet , daß die Abschirmung der Grundplatte ge-

■ gen den Reaktionsraum derart aus auswechselbaren einze-lnen Quarzbausteinen mosaikartig und ohne Verwendung eines Bindemittels zusammengesetzt ist, daß die Quarzbausteine mindestens zwei übereinander angeordnete plattenförmige Quarzkörper definieren, derart, daß die den oberen plattenförmigen Quarzkörper zusammensetzenden Quarzbausteine die ]?ugen zwischen den Quarzbausteinen in dem unteren plattenförmigen Quarzkörper völlig abdecken und alle Fugen in dem oberen., plattenförmigen Quarzkörper mit keiner der Fugen in dem unteren plattenförmigen Quarzkörper mehr als höchstens nur einen Berührungspunkt - insbesondere Kreuzungspunkt - aufweisen.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die der Versorgung mit dem Reaktionsgas dienenden Düsen an zentraler Stelle der Grundplatte und die Halterungen für die Trägerkörper längs der Peri-

VPA 9/110/3062 . - 9 -

509824/0771

pherie eines diese Zentralstelle konzentrisch umgebenden Kreises auf der Grundplatte angeordnet sind, daß die die Abschirmung der Grundplatte bildenden plattenförmigen Quarzkörper in Form von Kreisringscheiben aus den sie bildenden Quarzbausteinen zusammengesetzt sind, welche die Gesamtheit der der Versorgung mit dem Reaktionsgas dienenden Düsen mit möglichst geringem Abstand umgeben.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß nur eine Zufuhrdüse und eine Abzugsdüse für das Reaktionsgas vorgesehen, daß beide zueinander konzentrisch ausgebildet und an zentraler Stelle der metallischen Grundplatte angeordnet sind, und daß die beiden, die Quarzabschirmung bildenden plattenförmigen Quarzkörper aus den Quarzbausteinen derart zusammengesetzt sind, daß der Rand ihrer Innenausnehmungen entweder dicht an der, äußeren der beiden Düsen anliegt oder eine geradlinige Fortsetzung des Strömungskanals aus der äußeren dieser Düsen bildet. ·

4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn ζ e i c h η e t , daß die die einzelnen plattenförmigen Quarzkörper der Quarzabschirmung zusammensetzenden Quarzbausteine kreisringsektorförmig ausgebildet sind.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-4, d a d u r c h

g e k e η η ζ e i c h η e t , daß die die einzelnen plattenförmigen Quarzkörper zusammensetzenden Quarzbausteine wenigstens soweit sie zu einem der plattenförmigen Quarzkörper gehören - zueinander kongruent sind.

6. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η zeichnet , daß der die Versorgungsdüsen für das Reaktionsgas tragende zentrale Teil der metallischen Grundplatte mit einer scheibenförmigen Quarzplatte abgedeckt ist, die entweder in die Ausnehmung des an die metallische

VPA 9/110/3062 _ 1_O _

509824/0771

- ίο -

Grundplatte angrenzenden der "beiden kreisringförmigen plattenförmigen Quarzkörper eingepaßt ist oder auf den anderen der beiden plattenförmigen Quarzkörper aufgelegt-ist, und daß diese zentrale Quarzscheibe mit Bohrungen versehen ist, die jeweils mit je einer Versorgungsdüse für das Reaktionsgas in unmittelbarer Verbindung gehalten sind.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzei chnet, daß die die plattenförmigen Quarzkörper zusammensetzenden Quarzbausteine nach Art des sichtbaren Teiles der Lamellen einer optischen Irisblende aneinandergelegt sind und auf diese Weise einen ringscheibenförmigen Quarzkörper zusammensetzen.

8. Anordnung nach einem der Anpsrüche 1-7, dadurch gekennzei chnet , daß die Ausnehmungen der plattenförmigen Quarzkörper für die Halterungen der Trägerkörper in Form von Durchbohrungen mindestens eines Teiles der Quarzbausteine in jedem' der die Quarzabschirmung bildenden plattenförmigen Quarzkörper gegeben sind.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet , daß die Ausnehmungen der plattenförmigen Quarzkörper für die Halterungen der Trägerkörper in Form von Randausfräsungen mindestens eines Teiles der Quarzbausteine in jedem der die Quarzabschirmung bildenden plattenförmigen Quarzkörper gegeben sind.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-9» dadurch gekennzeichnet , daß die Quarzbausteine so gestaltet sind, daß sie einen Ein- und Ausbau der Quarzabschirmung bei bereits montierten Trägerkörpern erlauben.

VPA 9/110/3062

509824/0771