DE2435174A1

DE2435174A1 - Vorrichtung zum kontaktieren des traegerstabes bei der abscheidung von halbleitermaterial aus der gasphase

Info

Publication number: DE2435174A1
Application number: DE2435174A
Authority: DE
Inventors: Franz Dipl Ing Koeppl; Horst Teich
Original assignee: Wacker Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 1974-07-22
Filing date: 1974-07-22
Publication date: 1976-02-05

Description

Vorrichtung zum Kontaktieren des Trägerstabes bei der Abscheidung von Halbleitermaterial aus der Gasphase Es ist bekannt, Halbleitermaterial, wie insbesondere Silicium, aus einer dieses Halbleitermaterial enthaltenden, gasförmigen Verbindung durch Zersetzen an einem durch direkten Stromdurchgang über die Zersetzungstemperatur nämlicher Verbindung aufgeheizten, stabförmigen, ein- oder polykristallinen Träger aus dem gleichen Halbleitermaterial abzuscheiden.
Zur Kontaktierung dieser Ausgangsstäbe werden Graphitelektroden mit unterschiedlichen Durchmessern verwendet. Mit zunehmendem Umfang des aufwachsenden Siliciumstabes und damit steigendem Stromdurchfluß wird die Auslegung der stromführenden Übergänge immer schwieriger und aufwendiger, da die Temperaturbelastung der Graphitelektroden unverhältnismäßig stark ansteigt. Bei Stromstärken über 4000 Ampere kann die erforderliche Wärmeabführung selbst mit stark überdimensionierten Graphitelektroden kaum mehr erreicht werden.
Eine Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit bietet dabei keine Lösung, da mit steigender Wärmeleitfähigkeit die Zone hoher Temperatur und damit die Abscheidung von Silicium noch schneller nach unten auf die stromführenden Metallteile zuwandert. Außerdem entstehen hierdurch am Umfang der Graphitelektrode überhitzte Stellen, die zur Bildung von Siliciumcarbid und damit zum Ausfall der Charge führen.
Es war aus diesen Gründen bislang nicht möglich, Siliciumstäbe von wesentlich mehr als 100 mm Durchmesser herzustellen. Für eine Reihe von technischen Anwendungsgebieten empfehlen sich aber gerade Siliciumscheiben mit möglichst großem Durchmesser.
Es stellte sich daher die Aufgabe, über eine verbesserte Wärmeabführung der Graphitelektroden die Abscheidung von Halbleitermaterialien, wie insbesondere Silicium, mit großen Stabdurchmessern zu ermöglichen.
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Kontaktieren des Trägerstabes bei der Abscheidung von Halbleitermaterial aus der Gasphase, bestehend aus einem stromführenden, metallischen Elektrodenträger, an dessen Oberseite ein innen hohler und von einer Kühlflüssigkeit durchströmter Kern ausgebildet ist und einer in der Spitze den Trägerstab haltenden Graphitelektrode, welche an der Unterseite eine der Form dieses Kernes genau angepaßte Bohrung aufweist, mit der sie auf diesen Kern aufgesteckt werden kann.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in allen für die Abscheidung aus der Gasphase üblicherweise eingesetzten Apparaturen verwendet werden. Hierbei werden in der Regel ein oder mehrere, meist stabförmige, ein- oder polykristalline Träger in einem beispielsweise mit Quarzglas abgeschirmten Reaktionsraum, gegebenenfalls nach geeigneter Vorerwärmung, durch direkten Stromdurchgang auf die Zersetzungstemperatur der das Halbleitermaterial enthaltenden gasförmigen Verbindung, beispielsweise Trichlorsilan, gebracht und das Halbleitermaterial, beispielsweise Silicium, auf den aus dem gleichen Halbleitermaterial bestehenden Trägern abgeschieden. Die Halterung dieser Träger in der Spitze von Graphitelektroden, die erfindungsgemäß über die Elektrodenträger von innen gekühlt werden, ermöglicht nun die Abscheidung von Halbleiterstäben mit großen Durchmessern, wobei als Kühlflüssigkeit bevorzugt Wasser verwendet wird, wenngleich auch andere Flüssigkeiten in Frage kommen.
Unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung können beispielsweise Siliciumstäbe mit Durchmessern bis über 220 mm hergestellt werden. Pro stabförmigen Träger läßt sich auf diese Weise mehr als doppelt so viel Silicium abscheiden, als unter Benutzung von herkömmlichen Elektroden. Diesführt zu einer wesentlich gesteigerten Raum-Zeit-Nutzung bestehender Abscheidungsanlagen. Außerdem erfolgt die Abscheidung schneller und unter geringerem Energieverbrauch, da bei großen Stabdurchmessern zur Abscheidung mehr Oberfläche zur Verfügung steht. Weiterhin bieten die unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung erhaltenen Halbleiterstäbe mit großen Durchmessern für die technische Weiterverarbeitung ein reineres Zwischenprodukt, da bei Halbleiterstäben, die über die Gasabscheidung hergestellt werden, die Verunreinigungen in erster Linie an der Oberfläche, insbesondere als feine Oxid-, Stauh- oder Fettschicht zu finden sind.
Mit wachsendem Stabdurchmesser nimmt aber der Quotient aus Oberfläche und Volumen ab,und es resultiert ein infolgedessen entsprechend reineres Produkt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dabei nicht auf den Einsatz bei der Siliciumabscheidung beschränkt, sondern gleichermaßen bei der Gasabscheidung anderer Halbleitermaterialien, z. B. Germanium oder Verbindungen der Elemente der IIL und V. oder II. und VI. Gruppe des Periodensystems oder auch von oxydischen oder sonstigen Halbleitern anwendbar, sofern sich diese über die Zersetzung einer gasförmigen Verbindung fest abscheiden lassen.
In der Abbildung ist eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt: Der stromführende metallische Elektrodenträger 1 weist an seinem oberen Ende einen Kern 2 auf, der in der Form eines Kegelstumpfes ausgearbeitet ist, wobei der die Neigung bestimmende halbe Spitzwinkel des dem Kegelstumpf zugrunde liegenden Kegels 5 - 200, vorzugsweise 10 - 15 , beträgt. Der kegelstumpfförmige Kern 2 ist innen konisch aufgebohrt und kann über ein koaxiales Rohr 4, welches an der Spitze düsenförmig ausgebildet ist, mit einem flüssigen Kühlmedium, insbesondere Wasser, beschickt werden, welches unter intensiver Kühlung des kegelstumpfförmigen Kerns 2 wieder nach unten abfließt. Der kegelstumpfförmig ausgebildete Kern 2 ist bevorzugt in die Oberfläche des Elektrodenträgers 1 versenkt eingearbeitet, so daß sich gegenüber dem Außenrand 7 des Elektrodenträgers 1 eine ringförmige Versenkung ausbildet. Die an der Unterseite dem Kern 2 angepaßt, konisch aufgebohrte Graphitelektrode 3, die in der Spitze den beispielsweise stabförmigen Träger 5 hält, wird auf den kegelstumpfförmigen Kern 2 aufgesteckt und vermittels eines geschlitzten Klemmrings 6 fest in die ringförmige Versenkung eingepaßt. Die Eindringtiefe des kegelstumpfförmig ausgebildeten Kerns 2 des Elektrodenträgers 1 in die Graphitelektrode 3 beträgt dabei vorteilhaft 20 - 50 % der Höhe dieser Graphitelektrode-3.
Durch die bevorzugte konische Ausführungsform von Kern und Bohrung lassen sich die während des Abscheidungsprozesses aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnung von Metall und Graphit auftretenden Spannungen ausgleichen, wodurch ein Bruch der Graphitelektrode vermieden wird. Weiterhin wird durch die konische Ausführungsform auch eine gleichmäßige Kühlung gewährleistet, denn mit steigendem Stabdurchmesser und damit vermehrter Wärmeabfuhr über die Graphitelektrode erhöht sich durch das höhere Stabgewicht die Anpreßkraft am Konus und damit der Wärmeübergang.

Claims

Patentansprüche'

i) Vorrichtung zum Kontaktieren des Trägerstabes bei der Abscheidung von Halbleitermaterial aus der Gasphase, bestehend aus einem stromführenden metallischen Elektrodenträger, an dessen Oberseite ein innen hohler und von einer Kühlflüssigkeit durch-- strömter Kern ausgebildet ist und einer in der Spitze den Trägerstab haltenden Graphitelektrode, welche an der Unterseite eine der Form dieses Kernes genau angepaßte Bohrung aufweist, mit der sie auf diesen Kern aufgesteckt werden kann.
2) Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß der an der Oberseite des stromführenden metallischen Elektrodenträgers (1) befindliche, innen hohle und von einer Kühlflüssigkeit durchströmte Kern (2) die Form eines Kegelstumpfes aufweist, auf welchen eine an der Unterseite entsprechend konisch aufgebohrte Graphitelektrode (3) aufgesteckt werden kann.

L e e r s e i t e