DE2536174B2 - Verfahren zum Herstellen von polykristallinen Siliciumschichten für Halbleiterbauelemente und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zum Herstellen von polykristallinen Siliciumschichten für Halbleiterbauelemente und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Diese Verfahren zur Herstellung polykristalliner Siliciumschichten für Halbleiterbauelemente unter Verwendung eines Trägerkörpers aus Graphit sind aus der deutschen Auslegeschrift 12 23951 zu entnehmen. Die polykristalline Siliciumschicht wird im Anschluß an die Abscheidung durch Aufschmelzen bei einer Temperatur, die etwas über dem Schmelzpunkt des Halbleitermaterials, jedoch unterhalb des Schmelzpunktes des Trägerwerkstoffes liegt und durch Abkühlen auf Normaltemperatur in den einkristallinen Zustand übergeführt. In den auf diese Weise hergestellten Halbleiterkörpern werden mittels anschließender Diffusions- und Ätzprozesse ein oder mehrere pn-Übergänge erzeugt, welche mit elektrischen Anschlüssen versehen werden.
Ein ähnliches Herstellverfahren für Halbleiterbauelemente ist auch aus der deutschen Offenlegungsschrift
19 01819 bekannt. Bei diesem Verfahren wird die polykristalline Anordnung zu einer integrierten Schaltung mehrerer Halbleiterbauelemente über einem gemeinsamen, elektrisch isolierenden Substrat weiterverarbeitet.
Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, besteht in der Herstellung einer polykristallinen Siliciumschicht für solche Halbleiterbauelemente, wie z. B. für Solarzellen, bei deren Herstellung die Überführung der polykristallinen Schicht in die einkristalline Struktur nicht unbedingt erforderlich ist. Dadurch kann der technische und zeitliche Aufwand erheblich reduziert werden, da z. B.
der zur Erzielung der einkristallinen Struktur notwendige Temperprozeß entfällt
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 beanspruchten Maßnahmen gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch Vorrichtungen, welche in F i g. 1 und 2 dargestellt sind, durchgeführt. Dabei zeigt F i g. 1 eine Anordnung, bei der der aus Graphit bestehende Trägerkörper 21 die Form einer gasundurchlässigen Folie hat, die entweder unmittelbar oder mittelbar über ein dünnes Blech aus einem hitzebeständigen Metall einen evakuierten Raum
20 begrenzt. In diesem evakuierten Raum 20 wird ein Elektronenstrahl 30 erzeugt und auf die Graphitfolie zum Auftreffen gebracht. Die dadurch bedingte Auftreffstelle 31 lokaler, hoher Erhitzung wird auf der anderen Seite der Graphitfolie zur Abscheidung ausgenutzt. Die Fig.2 stellt eine Vorrichtung dar, in welcher ein Laserstrahl bei der Siliciumabscheidung zur Anwendung gelangt.
In dem in F i g. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel bildet die Graphitfolie 21 die mittlere Wand eines durch einen Metallkasten gebildeten Reaktions- und Vakuumgefäßes 22, in dessen Vakuumteil 20 eine Glühkathode 23 zur Erzeugung des Elektronenstrahles 30 montiert ist. Die zur Bündelung und Ablenkung des Elektronenstrahles 30 erforderlichen Mittel 25 sind bekannt. Sie sind im Beispielsfalle lediglich durch eine elektrostatische Linse
25 angedeutet und werden mit Hilfe einer steuerbaren elektrischen Spannungsquelle 26 mit Spannung beaufschlagt Die Folie 23 ist vakuumdicht mit dem Rand des Reaktion*- und Vakuumgefäßes 22 verbunden. Das Vakuumgefäß 22 bzw. dessen Vakuumteil 20 ist durch eine Vakuumpumpe 27 evakuierbar. Die Auftreffstelle des Elektronenstrahles 30 ist mit 31 bezeichnet. Er stellt bei genügender Intensität und Energie des Elektronenstahles (kinetische Energie der in ihm geführten Elektronen) eine Stelle lokaler Erhitzung dar, während die Nachbarstelliin dank der raschen Verteilung des Stromes in der Folie abseits der Auftreffstelle 31 relativ kühl sind. Da die Außenseite der Folie 21 an einen mit Reaktionsgas erfüllten Reaktionsraum 28 angrenzt, findet an dieser — und zwar begrenzt an die der Auftreffstelle 31 unmittelbar gegenüberliegenden Stelle 32 der Folienaußenseite — Siliciumabscheidung statt.
Man kann nun einerseits den Reaktionsraum 28 über die Einlaß- und Auslaßstelle 29 mit dem Reaktionsgas versorgen, zum anderen kann man die Auftreffstelle 31 des Elektronenstruhles 30 durch programmierte Steuerung der Spannung der Spannungsquelle 26 nach Belieben über die: Innenseite der Folie 21 führen. So ist z. B. möglich, daß die Auftreffstelle 31 bzw. der Auftreffleck die Folie nur innerhalb von einzelnen, durch nicht von der Auftreffstelle getroffene Zwischenräume getrennten Feldern beschreibt, so daß die abgeschiedene Siliiciumschicht im vornherein in kleinere Scheiben unterteilt ist.
In Fig.2 wird der sich in einem mit transparenten Wänden ausgestalteten Reaktionsgefäß 22 aus Grapnit an einem über einen Hohlspiegel 34 und einem Laser 35 gelieferten Fokussierungsfleck, der Auftreffstelle 31 der Laserstrahlung lokal auf hohe Temperatur erhitzt, so daß das gleichzeitig auf die erhitzte Auftreffstelle 31 an der Oberfläche des Trägerkörpers 21 einwirkende Reaktionsgas Gelegenheit erhält, an der Auftreffstelle 31 das gewünschte polykristalline Silicium abzuscheiden. Ähnlich wie die Auftreffstelle 31 des Elektronen-Strahls 30 bei der anhand der F i g. 1 besprochenen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auch hier die Auftreffstelle 31 sukzessive über den Träger 21 geführt und dessen Oberfläche mit der abgeschiedenen Siliciumschicht versehen. Die Pfeile 29
ίο sollen die Strömungsrichtung des Reaktionsgases anzeigen.
Durch das Verfahren ist die Möglichkeit gegeben, Siliciumschichten für die Weiterverarbeitung zu Halbleiterbauelementen in möglichst feinkristalliner Form und in hoher Reinheit großflächig herzustellen. Der band- oder plattenförmige Trägerkörper 21 aus Graphit kann dabei für die auf ihm abgeschiedene Siliciumschicht als weitere Elektrode verwendet werden oder auch von der Siliciumschicht abgetrennt und letztere an der vorher von dem Trägerkörper eingenommenen Oberflächenseite mit einer Elektrode versehen werden.
Durch das Verfahren wird auch ermöglicht, daß eine
Vielzahl von einander gleichen Halbleiterbauelementen aus einer einzigen scheibenförmigen Siliciumschicht hergestellt wird, denn die in F i g. 1 und 2 beschriebenen Verfahrensweisen gestatten die Anwendung großflächiger Trägerkörper aus Graphit, die die Größe der normalerweise zur Verfügung stehenden Substratscheiben aus einkristallinem Silicium um ein Vielfaches
3ü übertreffen können. So wird verständlich, daß die sonst üblichen Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl gleicher Halbleiterbauelemente aus einem einzigen scheibenförmigen Siliciumkristall hier in großem Maßstab angewendet werden können.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Herstellen von polykristallinen Siliciumschichten für Halbleiterbauelemente, bei dem auf der ebenen Oberfläche eines erhitzten, band- oder plattenförmigen Trägerkörpers aus Graphit eine Siliciumschicht aus einem aus Siliciumhalogenid und/oder Silan enthaltenden und mit Wasserstoff und/oder Inertgas gemischten Reaktionsgas pyrolytisch abgeschieden und an der dem Trägerkörper gegenüberliegenden Oberflächenseite mit mindestens einer Elektrode versehen wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Abscheidung die mit der Siliciumschicht zu versehende Oberfläche lokal der Einwirkung einer energiereichen Strahlung derart ausgesetzt wird, daß sich die Auftreffstelle der energiereichen Strahlung lokal auf die für die Abscheidung von Silicium aus dem Reaktionsgas erforderliche Temperatur erhitzt, und daß die Auftreffstelle der energiereichen Strahlung über die Oberfläche des Trägerkörpers derart bewegt wird, daß sich an der Oberfläche des Trägerkörpers die Siliciumschicht in der gewünschten Form abscheidet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als energiereiche Strahlung Elektronenstrahlen oder Laserstrahlen verwendet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der aus Graphit bestehende Trägerkörper als weitere Elektrode für die auf ihm abgeschiedene Siliciumschicht verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper von der Siliciumschicht abgetrennt und an der vorher von dem Trägerkörper eingenommenen Oberflächenseite eine Elektrode angebracht wird.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen folienförmigen, als Raumteiler in einem Reaktionsund Vakuumgefäß (22) angeordneten Trägerkörper (21), der an einer Seite in Kontakt mit einem zur thermischen Abscheidung von Silicium befähigten, über Düsen in den Reaktionsraum (28) einströmenden Reaktionsgas steht, an der anderen Seite hingegen als Begrenzung eines evakuierten Raumes
(20) dient, weiterhin gekennzeichnet durch einen in dem evakuierten Raum (20) auf den Trägerkörper
(21) punktförmig auftreffenden, von einer Glühkathode (23) ausgehenden Elektronenstrahl (30) und durch Mittel (25, 26) zur sukzessiven Bewegung der Auftreffstelle (31) des Elektronenstrahls (30) über den folienförmigen Trägerkörper (21) (F i g. 1).
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch t, gekennzeichnet durch ein mit je einer Gaseinlaß- und Gasauslaßöffnung versehenes, aus transparentem Material bestehendes, den Reaktionsraum (28) umschließendes Reaktionsgefäß (22), durch einen in diesem befindlichen plattenförmigen Trägerkörper aus Graphit (21), durch eine außerhalb des Reaktionsraumes (28) angebrachte Laserstrahlquelle (35) und einen den Laserstrahl auf den Trägerkörper (21) punktförmig fokussierenden Hohlspiegel (34) und durch Mittel zur sukzessiven Bewegung der Auftreffstelle (31) des Laserstrahles über dem plattenförmigen Trägerkörper (21) aus Graphit (F ig. 2).
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (25, 26) zur sukzessiven Bewegung der Auftreffstelle (31) eine programmierbar gesteuerte, elektrische Spannungsquelle (26) umfassen.
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