DE2518853C3 - Vorrichtung zum Abscheiden von elementarem Silicium aus einem Reaktionsgas - Google Patents
Vorrichtung zum Abscheiden von elementarem Silicium aus einem ReaktionsgasInfo
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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)
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.
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
8320 | Willingness to grant licences declared (paragraph 23) | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |