DE2363254B2

DE2363254B2 - Reaktionsgefaess zum abscheiden von halbleitermaterial auf erhitzte traegerkoerper

Info

Publication number: DE2363254B2
Application number: DE19732363254
Authority: DE
Inventors: Herbert Dipl.-Chem. Dr. rer.nat 8011 Vaterstetten; Rucha Ulrich; Barowski Gerhard; 8000 München Sandmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-05-14
Filing date: 1973-12-19
Publication date: 1978-01-05
Also published as: DE2363254A1; DE2363254C3

Description

In der Patentanmeldung P 23 24 365.4 ist ein Reaktionsgefäß zum Abscheiden von Halbleitermaterial auf erhitzte Trägerkörper aus einem das Reaktionsgefäß durchströmenden Reaktionsgas vorgeschlagen worden, bestehend aus einer mit den für die Zu- und Abfuhr der Reaktionsgase erforderlichen Düsen sowie den Halterungen für die Trägerkörper versehenen platten- oder tellerförmigen Unterlagen 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.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine weitere Ausgestaltung dieses Gegenstandes. Sie sieht vor, daß das Druckgasgefäß mit Einrichtungen zur Vorwärmung der Trägerkörper und/oder Kühlung der Glocke versehen ist.

Dabei sind verschiedene vorteilhafte Ausgestaltungen möglich. Sie werden anhand der F i g. 1 und 2 näher erläutert.

Eine plattenförmige Unterlage 1 aus Silber ist mit einer Anzahl von Bohrungen versehen in welchen die Zuführungsdüsen 2 für das frisc.ie Reaktionsgas und eine Abzugsdüse 3 für das verbrauchte Reaktionsgas sowie die — zugleich als Stromzuführungselektroden ausgebildeten Halterungen 4 für die in Gestalt von Siliciumstäben 5 vorliegenden Trägerkörper gasdicht eingepaßt sind. Falls die Halterungen 4 als der Versorgung der Trägerstäbe 5 mit dem zur Aufheizung derselben dienenden und von einer Betriebsstromquelle 6 gelieferten Heizstrom dienende Elektroden ausgebildet sind, muß noch für eine entsprechende gegenseitige elektrische Isolation der Halterungen durch die Verwendung eines elektrisch isolierenden Abdichtungsmaterials zwischen der Elektrode und der Grundplatte 1 gesorgt werden.

Andererseits sind je zwei Träger an dem nicht in den Halterungen 4 befestigten Ende mit je einer Brücke 7 aus hitzebeständigem leitenden Material, insbesondere aus mit hochreinem Silicium überzogenem Graphit, zu einem geschlossenen Stromkreis ergänzt. Der mit den Trägerstäben 5 bestückte Reaktionsraum ist unten durch die Unterlage 1 und oben durch die auf der Unterlage 1 aufgesetzte Glocke 8 begrenzt. Zwecks Erzielung einer gasdichten Verbindung zwischen der Unterlage 1 und der Glocke 8 befindet sich die Anordnung in einem Autoklaven 9 mit abnehmbarem Deckel 10 und einem druckfesten Beobachtungsfenster

iü 11. Die Versorgung des Autoklaven 9 mit dem die gasdichte Verbindung zwischen Glocke 8 und Unterlage 1 bewirkenden Druckgas, insbesondere Stickstoff, erfolgt über ein Ventil 12.

Der Erfindung entspricht es nun, wenn die Anordnung mit einer Kühlvorrichtung gekoppelt ist, welche das in einem Speicher befindliche Druckgas auf einer so niedrigen Temperatur hält, daß durch das in den Autoklaven 9 eingebrachte Druckgas bereits eine wirksame Kühlung der Glocke 8 gegeben ist. In der Regel verlangt nämlich die Glocke 8 im Betrieb eine Kühlung, wenn sie nicht heißer als 600° (bei Verwendung von SiH₄ als Reaktionsgas) bis 900⁰C (bei Verwendung von SiCl₄ oder SiHCl₃ als Reaktionsgas) werden soll. Da man im Interesse der Ersparnis und besseren Ausnutzung des Reaktionsgases, sowie angesichts der hohen Kosten für ein der Abscheidung von Halbleitermaterial aus der Gasphase dienendes Reaktionsgefäß sich die Träger ziemlich in der Nähe der Glocken wand befinden, ist eine Aufheizung der Glocke immer gegeben.

Die Verwendung eines gekühlten Druckgases kann ersichtlich dieser Aufheizung der Glocke entgegenwirken.
Dauert der Abscheidungsprozeß längere Zeit, so kann man an die Verwendung eines den Autoklaven 9 durchströmenden gekühlten Druckgases denken, welches beim Verlassen des Autoklaven über eine Drosselstelle geführt wird, so daß sich das Druckgas zur Erzielung des erforderlichen Anpreßdruckes der Glokke 8 an die Unterlagen 1 staut. Das Druckgas kann dann beispielsweise über eine gekühlte Rohrleitung dem Autoklaven 9 zugeführt werden.

Es entspricht jedoch der Erfindung in besonderem Maße, wenn der Autoklav unmittelbar mit einem Kühlsystem gekoppelt ist.

Eine solche Anordnung ist in F i g. 1 dargestellt. An der Außenwand des die Glocke 8 hier mit engem Abstand konzentrisch umgebenden Autoklaven 9 sind in verschiedener Höhe der Glocke 8 zu dieser konzentrisch angeordnete Kühlringe oder kurze Kühlspulen 13, 14 und 15 vorgesehen, die im Betrieb der Anordnung von einem entsprechend niedrig temperierten Kühlmittel durchströmt sind.
Bei einer Anordnung der Trägerstäbe entsprechend den Figuren wird erfahrungsgemäß die unmittelbar unterhalb den Brücken 7 gelegene Zone der Glockenwand am heißesten im Betrieb, so daß sich dort eine besondere intensive Kühlung empfiehlt.
Die Anordnung der Kühlspulen 13, 14 und 15 kann auch innerhalb des Autoklaven 9 liegen. Dies bedeutet eine entsprechende Intensivierung der Kühlung aber auch zugleich eine Erhöhung des Aufwandes an Abdichtungsmitteln.

Neben einer Kühlung der Glocke 8 im Betrieb spielt

b5 die Vorwärmung der Trägerkörper 5 in der Anfangsphase der Strombeheizung eine erhebliche Rolle, wenn die Trägerstäbe 5 aus hochreinem Halbleitermaterial, insbesondere aus Silicium, bestehen. Man wird zwar in

einem solchen Falle die Trägerstäbe 3 zunächst mit einer höheren Heizspannung, als sie dann während der eigentlichen Abscheidung gebraucht wird, beaufschlagen. Jedoch wird man zugleich die Träger mit einer Wärmestrahlungsquelle koppeln, die während der eigentlichen Abscheidung nicht mehr benötigt wird.

Man wird also das erfindungsgemäße Reaktionsgefäß mit Mitteln zur Vorheizung der stabförmigen Trägerkörper ausstatten, die zweckmäßig innerhalb des mit dem Druckgas zu beaufschlagenden Raum im Autokla- ι ο ven 9 angeordnet sind. Dabei wird man eine möglichst geringe Entfernung zwischen einem Trägerstab 5 und einem den Mitteln zur Vorwärmung, z. B. pro Trägerstab 5 je einen Heizstab anstreben, was allerdings dadurch eine gewisse Einschränkung erfährt, als schon im Interesse der Reinhaltung des abzuscheidenden Halbleitermaterials eine Mindestentfernung von 5 cm zwischen der Innenwand der Glocke 8 und den Trägerstäben 5 nicht unterschritten werden sollte. Man wird also zweckmäßig, wenn die Zahl der H^zstäbe mit der Zahl der Trägerstäbe 5 übereinstimmt, die Heizstäbe 16 von der Zentralachse der Anordnung aus gesehen, unmittelbar hinter den Trägerstäben 5 anordnen. Eine entsprechende Anordnung wird anhand der F i g. 2 gezeigt. Die Heizstäbe sind mit 16 bezeichnet. Sie sind an ihrem oberen Ende am Mantel des Autoklaven 9 befestigt und sind konzentrisch zu der Glocke 8 angeordnet. Sie werden über isoliert durch den Mantel des Autoklaven 9 geführte elektrische Leitungen mit dem erforderlichen Heizstrom versehen, der während des eigentlichen Abscheidebetriebs ausgeschaltet wird. Der Betrieb der Vorheizstäbe 16 erfoigt bei Anwesenheit des Druckgases im Autoklaven 9.

Außerdem sind bei der in F i g. 2 und 3 gezeigten Anordnung gemäß der Erfindung Kühlvorrichtungen 17 vorgesehen, die in Gestalt von — von einem Kühlmedium durchströmten — U-Rohren mit eng aneinanderliegenden Schenkeln durch den Deckel 10 des Autoklaven von oben in die Umgebung der zu kühlenden Glocke 8 geführt sind. Auch hier ist eine konzentrische Anordnung wünschenswert. Die Kühlstäbe 17 sind zweckmäßig zwischen den Heizstäben 16 angeordnet und befinden sich in unmittelbarer Nachbarschaft zu der zu kühlenden Wand der Glocke 8.

Eine andere Ausgestaltung der Kühlvorrichtung besteht in einem die Glocke 8 konzentrisch umgebenden spulenförmig gewundenem Kühlrohr, das entweder am Deckel oder am Boden des Autoklaven 9 befestigt ist. Die zur Vorwärmung dienenden Mittel, z. B. Heizstäbe, sind dann zweckmäßig innerhalb dieser Kühlspule und außerhalb der Glocke 8 angeordnet. Auf die Darstellung in einer Zeichnung wird abgesehen.

Die Versorgung des Kühlrohrs 17 bzw. der soeben erwähnten Kühlspule mit einem strömenden kühlenden Medium ist auf verschiedene Weise möglich. Häufig genügt der Anschluß an die Wasserleitung. Eine besondere intensive Kühlung wird durch Anwendung eines geschlossenen Kühlkreises unter Verwendung eines durch Komprimierung und adiabatische Entspannung auf niedrige Temperatur gebrachten leicht verdampfbaren Kühlmittels, wie NH3, CCI2F2 und anderen in der Kühltechnik üblichen Mitteln erreicht. Hier läßt sich auch leicht eine Regelung erreichen, in aem man einen Regelfühler an die heißeste Stelle der Außenwand der Glocke 8 anlegt (z. B. ein Thermoelement oder ein Bolometer) und mit dessen Hilfe die Kältemaschine geregelt wird, an die das im Inneren des Autoklaven 9 angeordnete, insbesondere aus einem Kupfer- oder Silberrohr bestehende Kühlsystem angeschlossen ist.

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 Patentanmeldung P 23 24 365.4, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckgasgefäß mit Einrichtungen zur Vorwärmung der Trägerkörper und/oder Kühlung der Glocke versehen ist.

2. Reaktionsgefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne!, daß die Einrichtungen zur Vorwärmung der Trägerkörper im Innern des Druckgasgefäßes in einem Abstand von der Glocke angeordnet sind, der nicht größer ist als der eines im Druckgasgefäß vorgesehenen Kühlrohrsystems.