DE2518853C3 - Vorrichtung zum Abscheiden von elementarem Silicium aus einem Reaktionsgas - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abscheiden von elementarem Silicium aus einem Reaktionsgas an der erhitzten Oberfläche eines aus hochreinem Silicium bestehenden U-förmigen Trägerkörpers entiprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Vorrichtung ist in der DE-OS 23 34 365 beschrieben. Sie wird anhand der F i g. 4,5 erläutert.

Der den U-förmigen Trägerkörper aufnehmende Reaktionsraum wird von einer mit Durchbohrungen versehenen Silberplatte 1 mit einer aufgesetzten Glocke Ϊ aui Quarz begrenzt. Durch einen an einer zentralen Durchbohrung 2 der Unterlage 1 ansetzenden Kanal 4 wird das verbrauchte Gas aus dem Reaktionsraum abgeführt. Innerhalb des Kanals 4 und der zentralen Durchbohrung 2 ist ein Zuführungsrohr 3 mit Ventil für das frische Reaktionsgas vorgesehen. Beiderseits dieser zentralen Durchbohrung sind zwei Elektroden 5 und 6 gegeneinander isoliert und gasdicht durch die Silber·¹ platte 1 geführt Diese Elektroden 5 und 6 dienen der Versorgung des U-förmigen Trägerkörpers mit Heizstrom und zugleich als dessen Halterung im Reaktionsraum, Der Unförmige Trägerkörper besteht aus zwei gleich langen vertikalen Stäben 7 und einer die oberen Enden dieser Stäbe verbindenden Brücke 7 a. Die beiden Stäbe 7 bestehen auf jeden Fall aus hochreinem Silicium, während die Brücke 7a ggf. auch aus einem anderen leitenden Material, wie hochreiner Graphit, bestehen kann, das genügend temperaturbeständig ist und keine merkliche Verunreinigung der an den Mantelflächen der beiden Stäbe 7 abgeschiedenen Siliciumschicht bewirkt Die Silberplatte 1 kann auf einer durchlochten Grundplatte 8 aus Stahl gasdicht in der aus der Figur ersichtlichen Weise befestigt sein. Die Quarzglocke 9 sitzt auf der Silberplatte 1 mit ihrem unteren zu einem Flansch ausgebildeten Rand 10 gasdicht auf. Zur Verbesserung der Abdichtung kann ein Abdichtring 11 vorgesehen sein. Bei dem in der DE-OS 23 24 365 [eschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Glocke 9 durch eine Druckgasatmosphäre gegen die Silberplatte gedrückt Hierfür ist ein Druckgefäß 12 vorgesehen, weiche die Glocke 9 und die Stelle ihrer Auflage auf der Silberplatte 1 umgibt Das Druckgefäß 12 ist mit einer Einlaßstelle 13 für ein inertes Druckgas, einem den Druck im Druckgefäß !2 überwachenden Manometer 14 und ggf. einem Beobachtungsfenster 15 ausgerüstet Beim Einsatz einer solchen bzw. einer anderen bekannten Abscheidungsvorrichtung zeigt sich, daß die :;unächst auf dem Trägerkörper zur Abscheidung gelangenden Siliciumschichten eine höhere Reinheit als die später abgeschiedenen Schichten haben. Dies ist auf die mit dem Wachstum der abgeschiedenen Silicium-

JO schichten zunehmende thermische Belastung vor allem der aus Quarz bestehenden Glocke 9 zurückzuführen.

Um hier eine Abhilfe zu schaffen, wird die dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechende Vorrichtung gemäß dem Kennzeichen dieses Anspruchs

κ ausgestaltet.

In der DE-OS 20 22 025 ist die Herstellung von Hohlkörpern aus Silicium bzw. anderem Halbleitermaterial durch pyrolytische Abscheidung des Halbleitermaterials aus der Gasphase unter Verwendung eines

■to Trägerkörpers mit entsprechend gef -rmter Oberfläche beschrieben. Sie können u. a. als Reaktionsgefäß — ggf. nach Beschichten mit Siliciumox>d — Anwendung finden. Ferner ist aus der DE-OS 22 01 142 eine Anordnung zum Eindiffundieren von Dotierstoffen in

■r> Halbleiterscheiben, bei der die zu behandelnden Halbleiterscheiben in einer aus Halbleitermaterial derselben Art wie die zu behandelnden Halbleiterscheiben bestehenden und diese weitgehend umschließenden Halterung angeordnet werden. Andererseits ist in der DE-PS 12 92 640 die Lehre gegeben, daß sich Quarz zur Begrenzung des Reaktionsraumes für die Abscheidung von hochreinem Silicium besonders eignet.

Dies trifft auch für die in der DE-OS 23 24 365 beschriebene Abscheidungsvorrichtung, sowie für alle anderen bekannten Vorrichtungen zu, bei denen die den Reaktionsraum begrenzende Glocke aus Quarz besteht, solange der Abstand zwischen Glocke und Oberfläche der Trägerkörper genügend groß ist. Im Laufe des Abscheideverfahrens verringert sich jedoch dieser Abstand. Gleichzeitig erhöht sich die Temperatur des sich zwischen der Oberfläche des Trägerkörpers und der Glocke befindlichen Reaktionsgases. Damit setzt die Möglichkeit für Transportreaktionen zwischen der Trägeroberfläche und der kälteren Glocke ein, derzufolge Silicium an der Innenwand der im Vergleich zur Trägeroberfläche kälteren Glocke abgeschieden wird. Außerdem bildet die Innenwand der Glocke einen Speicher für von früheren Verwendungen her stammen-

den Verunreinigungen, die sich trotz entsprechender Reinigungsmaßnahmen nicht restlos entfernen lassen und in das an der Glocke abgeschiedene Silicium gelangen. Die Strömung des Reaktionsgases bringt es schließlich mit sich, daß Teile des an der Innenwand der Glocke abgeschiedenen Siliciums losgerissen und in das sich auf dem Trägerkörper abgeschiedene Silicim mit einbauen.

Besteht die Glocke 9 wenigstens an den den Trägerkörper seitlich umgebenden Teilen aus aus der Gasphase abgeschiedenem, hochreinem Silicium, so zeigt die Erfahrung, daß auch die später abgeschiedenen Schichtieile an Reinheit gegenüber den zuerst abgeschiedenen Schichtteilen nichts verlieren, obwohl die Siliciumabscheidung an der Innenwand der Glocke 9 nicht unterbunden ist Es zeigt sich aber, daß das Haftvermögen der abgeschiedenen Siliciumteilchen an der Glocke besser wird, wenn diese mindestens in dem angegebenen Maß aus hochreinem Silicium besteht Die Herstellung der Glocke 9 kann z. B. entsprechend den Offenbarungen der DE-OS 70 22 025 erfolgen. Die Stärke der Glockenwand wird auf z. B. 2 bis 4 mm eingestellt Ihr unterer Rand wird plan geschluien, um ein gasdichtes Aufsetzen der Glocke auf die insbesondere aus Feinsilber oder VA-Stahl bestehende Unterlage 1 zu ermöglichen. Eine wulstartige Verdickung des unteren Glockenrandes läßt sich durch Anwendung der in der DE-OS 20 60 651 angegebenen Mittel erreichen. Eine wulstartige Verdickung des Glockenrandes erleichtert das der Verbesserung der Abdichtung dienliche Planschleifen des Glockenrandes. Außerdem kann der Wulst auch an seiner Innen und/oder Außenseite mit einem Paßschliff versehen werden, der bei der aufgesetzten Glocke 9 an einen entsprechenden ringförmigen Vorsprung der metallischen Unterlage 1 angepaßt ist und ein dichtes Anliegen an den Vorsprung erlaubt

Die Unterlage 1 läßt sich nicht mit einer Siliciumschicht überziehen, die zudem in anbetracht der Wirkung der Abgase nicht von größerer Beständigkeit wäre. Da ji Joch die thermische Belastung der Unterlage 1 erfahrungsgemäß — im Gegensatz zu der Glocke 9 nicht wächst — ist die derzeit mögliche Optimallösung gegeben, wenn die Unterlage 1 aus Feinsilber und/oder VA-Stahl besteht.

Die Glocke 9 kann auch aus einem Siliciumrohr gefertigt werden. Da die Abscheidung von einseitig abgeschlossenen Siliciumschichten beliebiger Stärke aus der Gasphase, wie die DE-OS 20 50 076 zeigt, prinzipiell möglich ist, kann ein derart hergestelltes Siliciumrohr unmittelbar als Glocke 9 eingesetzt werden. Man kann aber auch ein beiderseits offenes Siliciumrohr an seinem einen Ende mit einem Deckel aus Feinsilber oder VA-Stahl oder einem Graphit oder Silicium durch entsprechende thermische Behandlung hermetisch verbinden, und den erhaltenen Körper als Glocke 9 einsetzen. Besteht aber die Oberseite der Glocke uut-r fijube 9 nicht aus Silicium, so ist es zweckmäßig, durch Verwendung einer Brücke 7a mit entsprechend großem Durchmesser, diese auf einer so niedrigen Temperatur zu halten, daß an ihr praktisch keine Siliciumabscheidung während des Einsatzes bei der Si-Abscheidung stattfindet

Eine hermetische Abdichtung zwischen der Siliciumglocke 9 und der Unterlage 1 läßt sich auch über eine ölabdichtung erreichen. Am günstigsten ist jedoch die Anordnung des Reaktionsgefäßes in einer Druckkammer, wie sie in der Figur zu der vorliegenden Anmeldung dargestellt ist

Für den Abscheidebetrieb ist es ein wesentlicher Nachteil, daß die aus Silicium bestehende Glocke oder Haube 9 nicht mit einem transparenten Fenster versehen werden kann, das den starken Temperaturwechsein gewachsen ist Man kann also den Träger 7 nicht so ohne weiteres visuell beobachten.

Gemäß der weiteren Erfindung wird deshalb außerhalb des durch die Grundplatte 1 und die

2n aufgesetzte Siliciumglocke bestehenden und mit stabförmigen Trägern 7 aus Silicium bestir- ten Reaktionsgefäßes eine Fernsehkamera 16 mit Ir/ra'-otoptik und einem infrarotempfindlichen Vidikon vorgesehen, die zur Überwachung der Vorgänge im Inneren des Reaktionsgefäßes dient und mit einem Bildwiedergabegerät gekoppelt sein kann.

Befindet sich das Reaktionsgefäß denn im Inneren eines Druckbehälters und die Kamera außerhalb des Druckbehälters, wie in der Figur dargestellt, so muß das

jo Fenster 15 in ausreichendem Maße intrsrotdurchiässig sein. Hochreines Silicium ist bekanntlich für Infrarot im Bereich von A> 1,1 μΐη transparent, so daß die Glocke 9 bei einer Wandstärke bis zu mehreren cm in ausreichendem Maße von Infrarotstrahlen durchdrungen wird, so daß das Bild der glühenden Träger 7, Ta ohne Weiteres mittels eines außerhalb der Glocke 9 und außerhalb eines aus Silicium bestehenden Beobachtungsfensters 15 befindlichen Infrarot-Bildwandlers beobachtet werden kann.

■ίο Die Fernsehkamera 16 wird zweckmäßig so orientiert, daß ihre Abtastzeileri senkrecht zu dem von der Optil der Kamera auf das Target der Kamera projizierte Infrarotbild der Siliciumstäbe 7 orientiert ist. Bleibt die Kamera dann ortsfest, so wird der das Bild auf

■n dem Vidikon abtastende Elektronenstrahl durch das Infrarotbild moduliert, wobei die Modulation bezüglich der Zeit t durch den jeweiligen Durchmesser des Bildes des Stabes 7 an der Schnittstelle mit der betreffenden Abtastzeile und bezüglich ihrer Amplitude durch die

vi Infrarothelligkeit des Bildes an der betreffenden Abtastzeile festgelegt ist.

Man kann also das Dickenwachstum der stabförmigen Träger 7 als auch ihre Temperatur beobachten und kontrollieren, wie dies für das tiegellose Zonenschmel-

Vi zeti unter Verwendung einer optischen Fernsehkamera in der DE-OS 21 13 720 beschrieben ist.

Die dortigen Überlegungen können auf den vorliegenden Fall sinngemäß übertragen werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Abscheiden von elementarem Silicium aus einem Reaktionsgas an der erhitzten Oberfläche eines aus hochreinem Silicium bestehenden U-förmigen Trägerkörpers, de. an seinen beiden Enden durch je eine Elektrode gehaltert ist, wobei die Elektroden voneinander elektrisch isoliert in einer aus Metall bestehenden Grundplatte befestigt und gasdicht hindurchgeführt sine!, bei der die der Zufuhr und Abfuhr des Reaktionsgases dienenden Düsen gasdicht durch die Grundplatte geführt sind und der den stabförmigen Trägerkörper aufnehmende Reaktionsraum von der Grundplatte und einer gasdicht auf die Grundplatte aufgesetzten Glocke begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Glocke wenigstens an den den Trägerkörper seitlich umgebenden Teilen aus durch Abscheidung aus der Gasphase erhaltenem, hochreinem Silicium besteht.

2. VorrioiS.ung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daii die Stärke der aus Silicium bestehenden Wandteile der Glocke 2 bis 4 mm beträgt.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Glocke aus einem beiderseits offenen Siliciumrohr besteht, das an seinem oberen Ende mit einem Deckel aus Silber oder VA-Stahl oder hochreinem Graphit hermetisch abgeschlossen ist

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke der Glocke so g.^-o0 bemessen ist, daß ein merklicher Durchtritt der von dem glühenden Trägerkörper während des Abscheidebetriebes emittierten Infrarotstrahlung gegeben ist, und daß außerhalb des Reaktionsgefäßes ein Infrarot-Bi.dwandler vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Infrarot-Bildwandler eine Fernsehkamera mit einer auf Infrarotstrahlung korrigierten Abbildungsoptik und einem auf Infrarotstrahlung ansprechenden Vidikon vorgesehen ist.