DE2541215C3 - Verfahren zur Herstellung von Siliciumhohlkörpern - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von SiliciumhohlkörpernInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Siliciumhohlkörpern durch Abscheiden von Silicium
aus der Gasphase auf aus brettförmigen Einzelteilen zusammengestellten erhitzten Trägerkörpern.
In der Halbleitertechnik werden bei Hochtemperaturprozessen, insbesondere bei Diffusion-, Oxidationsund Expitaxieprozessen Reaktionsräume aus polykristallinem Silicium solchen aus anderen Materialien, wie
beispielsweise Graphit oder Quarz, aufgrund ihrer demgegenüber größeren Reinheit vorgezogen.
Aus der DE-OS 22 15 143 ist es bekannt, derartige
Siliciumhohlkörper durch Abscheidung von polykristallinem Silicium auf einem Trägerkörper aus Kohlenstoff
abzuscheiden. Um den Trägerkörper nach der Abscheidung wieder abtrennen zu können, wird er vor der
Abscheidung mit einer Schicht von Siliciumdioxid und nachfolgend amen phem Silicium überzogen.
Nach dem Verfahren g-mäß C_-r DE-OS 23 21 507
gelingt es, Reaklionsräume aus Silicium mit flachem Bodenabschnitt oder rechteckiger Querschnittsform
durch Abscheidung von Silicium auf Trägerkörpern aus Graphit herzustellen, indem Trägerkörper verwendet
werden, die aus einzelnen ebenen Graphitplatten zusammengestellt werden. Nach erfolgter Abscheidung
wird der Trägerkörper herausgebrochen oder durch einen Oxidationsvorgang aus dem Siliciumhohlkörper
entfernt.
Die DE-OS 23 59 832 beschreibt schließlich ein Verfahren zur Herstellung dickwandiger Siliciumrohre
durch Abscheidung von Silicium auf einem direkt beheizten Trägerkörper aus Silicium, wobei der
Siliciumträgerkörper vor der Abscheidung auf seiner Oberfläche mit einer wärmeisolierenden Schicht aus
Siliciumdioxid oder Siliciumnitrid vorgesehen wird. Nach der Abscheidung wird der Trägerkörper aus dem
gebildeten Siliciumkörper durch Stromwärme ausgeschmolzen, während auf dem abgeschiedenen Siliciumkörper verbliebene Reste der wärmeisolierenden
Schicht durch Ausätzen entfernt werden.
Sämtliche Verfahren weisen den entscheidenden Nachteil auf, daß der Trägerkörper aus dem abgeschiedenen Siliciumhohlkörper mit erheblichem Aufwand
wieder entfernt werden muß. Lediglich nach dem erstgenannten Verfahren ist eine Wiederverwendung
des Trägerkörpers überhaupt möglich, doch auch dann nur nach einer neuerliehen Imprägnierung mit Siliciumdioxid und amorphem Silicium.
Aufgabe der Erfindung war daher, ein Verfahren zur Herstellung von Siliciumhohlkörpern durch Abscheidung aus der Gasphase zu finden, bei welchem das
kostspielige, umständliche und zeitraubende Entfernen
der Trägerkörper und gegebenenfalls deren Wiederaufbereitung entfällt und vielmehr in einem Verfahrens
schritt das fertige Endprodukt erhalten wird.
Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß erfindungsgemäß
die den Trägerkörper aufbauenden brettförmigen Einzelteile aus Silicium bestehen und mit dem
darauf abzuscheidenden Silicium untrennbar zu dem gewünschten Formkörper verwachsen.
Derartige brettförmige Siliciumteile lassen sich leicht
durch Zersägen von Polystäben längs der Stabachse herstellen. Bevorzugt eingesetzt werden bretCormige
ίο Siliciumteile mit rechteckigem oder trapezförmigem
Querschnitt, die sich leicht zu den unterschiedlichsten Hohlkörpern zusammenstellen lassen, die Hohlquerschnitte beispielsweise in der Form eines Dreiecks, eines
Quadrats, eines Rechtecks oder allgemein eines
Vielecks mit gleicher oder unterschiedlicher Seitenlänge
aufweisen. Es lassen sich aber auch partiell offene Hohlkörper, beispielsweise Siliciumboote, herstellen,
wie sie bislang auf kostspielige und umständliche Art und Weise aus massiven Siliciumhohlkörpern herausge
arbeitet werden mußten.
Der Zusammenhalt der zu den gewünschten Trägerkörpern zusammengestellten, brettförmigen Siliciumteile läßt sich auf verschiedene Art und Weise erreichen.
Bei einfachen Hohlkörpern mit beispielsweise quadrati
schem oder rechteckigem Hohlquerschnitt ist es in der
Regel ausreichend, sie in Graphitelektroden einzupassen, in die eine decs Umrissen eines en'sprechenden
Quadrats oder Rechtecks folgende, etwa 5 bis 15 mm tiefe und der Stärke der brettförmigen Siliciumteile
entsprechend breite Nut eingefräst ist
Eine andere Möglichkeit besteht darin, die brettförmigen Einzelteile aus Silicium mit einem Kohlekleber zu
dem gewünschten Trägerkörper zu verkleben. Unter Kohlekleber sollen dabei allgemein Klebstoffe verstan
den werden, bei welchen bei der hohen Abscheidungs-
temperatur höchstens Kohlenstoff als fester Rückstand verbleibt und entstehende gasförmige Zersetzungskomponenten keine Silicium dotierenden Stoffe enthalten.
Anstelle von Kohleklebern lassen «ich natürlich auch
Kohlefäden oder Kohleschnur verwenden, mit welchen
die aus Silicium bestehenden Einzelteile des Trägerkörpers einfach zusammengebunden werden. Nach der
Kontaktierung mit einer Stromquelle und nachfolgender Aufheizung auf die Abscheidungstemperatur von
etwa 11000C bis 12000C wird auf diesen Trägerkörpern
durch Zersetzung eines beispielsweise aus Trichlorsilan und Wasserstoff bestehenden Gasgemisches der gewünschte Formkörper abgeschieden.
Nach dem erfinckingsgemäßen Verfahren werden
bevorzugt brettförmige Siliciumteile eingesetzt, die eine Stärke von etwa 1 bis 5 mm aufweisen. Länge und Breite
dieser brettförmigen Siliciumteile richten sich dabei nach den gewünschten Größenverhältnissen des
Trägerkörpers bzw. abzuscheidenden Siliciumhohlkör
pers und den Dimensionen des jeweils verfügbaren
Polystabes, aus dem die brettförmigen Siliciumteile geschnitten werden. Durch entsprechendes Zusammenstellen oder Zusammenkleben derartiger brettförmiger
Siliciumteile, deren Kanten zweckmäßig passend
geschnitten werden, läßt sich so gut wie jeder beliebige
Formkörper, insbesondere Hohlkörper, wie beispielsweise Rohr,Tiegel oder Boot, herstellen.
In den F i g. 1 und 2 sind Abscheidungsreaktoren mit
aus brettförmigen Siliciumteilen zusammengestellten
Trägerkörpern im Querschnitt und in der Draufsicht
dargestellt. F i g. 1 zeigt außerdem eine Reihe von Hohlquerschnitten derartiger Trägerkörper.
Der Abscheidungsreaktor besteht, wie allgemein
üblich, aus einer beispielsweise aus Silber bestehenden Bodenplatte 1, die mit einer Glocke 2 aus beispielsweise
Quarz gasdicht verschlossen ist Im Inneren des Reaktors befinden sich zwei aus brettförmigen Siliciumteilen
zusammengestellte Trägerkörper 3 aus Silicium, die beispielsweise einen Hohlquerschnitt in Form eines
regelmäßigen Achtecks 4, eines regelmäßiger, Sechsecks 5, eines gleichzeitigen Dreiecks 6, eines Rechtecks
7, einer einseitig offenen Wanne mit schräg abgewinkelten Seiten 8 oder einer Wanne mit rechtwinklig
ansteigenden Seiten 9 aufweisen. Die Trägerkörper 3 sind an ihrem unteren Ende in entsprechende Halterungen
10 der in der Bodenplatte 1 angeordneten Elektroden 11 eingepaßt, wobei die Halterungen 10 den
Umrissen des jeweiligen Hohlquerschnitts des Trägerkörpers entsprechende Vertiefungen von ca. 5 bis
15 mm, die in der Breite der Stärke der den Trägerkörper aufbauenden Siliciumteile entsprechen,
aufweisen und zweckmäßig aus Graphit bestehen. Die Trägerkörper sind an ihrem oberen Ende durch eine
leitende Brücke IZ weiche üblicherweise ebenfalls aus Graphit besteht, miteinander verbunden, wobei die
Trägerkörper durch die an den beiden Seiten der leitenden Brücke 12 befindlichen Graphithalterüngen 13
gehalten werden, die ebenfalls den Umrissen des jeweiligen Hohlquerschnitts des Trägerkörpers entsprechende
Vertiefungen von ca. 5 bis 15 mm, die in der Breite der Stärke der den Trägerkörper aufbauenden
Siliciumteile entsprechen, aufweisen.
Fig.2 zeigt Trägerkörper in der Form sich
stufenweise nach oben verjüngender Hohlkörper, deren Hohlquerschnitte beispielsweise den in F i g. 1 wiedergegebenen
Mustern entsprechen. Die Verjüngung entsteht dadurch, daß die einzelnen Abschnitte 16, 17
und 18 des Trägerkörpers einen abnehmenden Innendurchmesser aufweisen, wobei die Verknüpfung zweier
solcher Abschnitte, beispielsweise der Abschnitte 16 und 17, durch einen entsprechend geschnittenen Siliciumring
19 erfolgt, der außen an der Unterseite eine den Umrissen des Hohlquerschnitts des Abschnitts 16
entsprechende Nut, die in der Breite der Stärke der den Abschnitt 16 aufbauenden brettförmigen Siliciumteile
entspricht, aufweist und an dessen Oberseite innen eine analoge Nut zum Einpassen des Abschnittes 17
ausgebildet ist Ein derartiger Siliciumring 19 läßt sich beispielsweise durch Verklebung einzelner brettförmiger,
trapezflächiger Siliciumteile leicht herstellen.
Bei der eigentlichen Abscheidung des gewünschten Siliciumhohlkörpers wird der Trägerkörper 3, der
beispielsweise durch die einzelnen Abschnitte 16,17 und 18 aufgebaut wird, durch direkten Stromdurchgang auf
etwa Il 50° C gebracht und das Gasgemisch aus
beispielsweise Trichlorsilan und Wasserstoff, welches durch die öffnung 14 in der Bodenplatte 1 in den
Reaktor strömt, hieran unter Abscheidung von elementarem Silicium bis zur gewünschten Dicke zersetzt
Durch die Gasableitung 15 in der Bodenplatte 1 treten die Restgase aus dem Reaktor aus.
Nach dem Abkühlen werden die abgeschiedenen Siliciumhohlkörper dem Reaktor entnommen und
können, nachdem die in die Halterungen reichenden
Überstände der ursprünglichen Tragerkörper abgeschnitten wurden, direkt ohne weitere maschinelle
Bearbeitung ihrem jeweiligen Verwendungszweck zugeführt werden. Der große Vorteil der Erfindung
besteh < darin, daß der Trägerkörper mit dem abgeschiedenen Silicium zu einem einheitlichen Hohlkörper
gewünschter Dimension verwächst, der sofort verfügbar ist Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß sich auch
komplizierte Strukturen aus polykristallinen! Silicium leicht, schnell und billig herstellen lassen.
Das für Silicium beschriebene Verfahren läßt sich entsprechend natürlich auch mit anderen Materialien,
beispielsweise Germanium zur Herstellung von Germaniumhohlkörpern, durchführen.
Die erhaltenen Hohlkörper können vorteilhaft bei allen Hochtemperaturprozessen eingesetzt werden,
insbesondere aufgrund ihrer großen Reinheit bei Diffusions-, Oxidations- und Epitaxieprozessen in der
Halbleitertechnik.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentanspruch:Verfahren zur Herstellung von Siliciumhohlkörpern durch Abscheiden von Silicium aus der Gasphase auf aus brettförmigen Einzelteilen zusammengestellten erhitzten Trägerkörpern, dadurch gekennzeichnet, daß die den Trägerkörper aufbauenden brettförmigen Einzelteile aus Silicium bestehen und mit dem darauf abzuscheidenden Silicium untrennbar zu dem gewünschten Formkörper verwachsen.
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| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
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