DE2826860C2

DE2826860C2 - Vorrichtung zum Abscheiden von Halbleitermaterial

Info

Publication number: DE2826860C2
Application number: DE19782826860
Authority: DE
Inventors: Gerhard 8000 München Barowski; Wolfgang Dipl.-Chem. Dr. Dietze; Ulrich Rucha
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-06-19
Filing date: 1978-06-19
Publication date: 1987-04-16
Also published as: DE2826860A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Abscheiden von Halbleitermaterial, insbesondere Silicium, auf einem erhitzten Trägerkörper aus einem entsprechenden, vorzugsweise aus einer Halogenverbindung mit Wasserstoff bestehenden Reaktionsgas, mit den Merkmalen (a) bis (d) des Hauptanspruchs.
Eine solche Vorrichtung ist z. B. in der DE-OS 23 24 365 für die Herstellung von Siliciumstäben oder Siliciumrohren beschrieben. Die Trägerkörper sind zwei parallele, vertikal angeordnete Siliciumstäbe oder Graphitrohre, die an ihren unteren Enden von je einer an der Bodenplatte befestigten Elektrode gehaltert und an ihren oberen Enden über eine Brücke aus Silicium leitend miteinander verbunden sind, so daß ein über die Elektroden zugeführter, elektrischer Heizstrom die beiden Siliciumstäbe oder Graphitrohre durchströmt und sie auf die Abscheidungstemperatur von etwa 1200°C erhitzt.
Die Glocke wird von einem Druckgefäß umgeben, das mit einer Einlaßstelle für ein Inertgas versehen ist. Das Druckgefäß wird mit Inertgas gefüllt, bis ein Überdruck erreicht ist. Dadurch wird die Glocke fest gegen die Grundplatte gepreßt. Damit eine gute, gasdichte Verbindung zwischen Grundplatte und Glocke erzielt wird, ist in die Grundplatte eine ringförmige Nut eingelassen, in die ein Dichtungsring eingepaßt ist. Der Dichtungsring besteht aus gasdichtem, elastischem Material. Die Glocke wird mit ihrem unteren zu einem Flansch ausgebildeten Rand auf die Unterlage über den in der Nut verlaufenden Dichtungsring gepreßt. Der Anpreßdruck kann auch mechanisch, entweder unmittelbar auf den Quarzflansch oder an der Oberseite der Quarzglocke, ausgeübt werden.
Während des Abscheidungsprozesses erwärmt sich das Reaktionsgefäß sehr stark. Die thermische Belastung der Dichtungsmittel, insbesondere des in die Nut der Grundplatte eingepaßten Dichtungsringes, kann durch die Temperaturerhöhung so groß werden, daß Undichtigkeiten entstehen und das Dichtungsmittel selbst Stoffe abgibt, die zur Verunreinigung des herzustellenden Halbleitermaterials führt.
Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, den Gegenstand der DE-OS 23 24 365 derart weiterzubilden, daß das Dichtungsmaterial zwischen Grundplatte und Glocke gekühlt wird, um damit eine geringe thermische Belastung des Dichtungsmaterials zu erreichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale (e) und (f) des Hauptanspruchs gelöst.
Der in der gekühlten Nut liegende O-Ring, dessen Aufgabe es ist, die Grundplatte gegen die Glocke abzudichten, besteht zweckmäßigerweise aus einer Fluor-Kautschuk- Mischung, vorzugsweise aus Viton.
In den gemäß der Erfindung gebauten Reaktoren betrug der Abstand weniger als 50 mm, vorzugsweise zwischen 10 und 15 mm.
Die Erfindung wird anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert:
In der Fig. 1 ist ein der Erfindung entsprechendes Reaktionsgefäß zum Abscheiden von Halbleitermaterial auf erhitzte Halbleiterkörper dargestellt. Die Unterlage besteht aus einer mit Durchbohrungen versehenen Stahlplatte 8, auf der eine Silberschicht 1 gasdicht aufgebracht ist. Durch einen an einer zentralen Durchbohrung 2 ansetzenden Kanal 4 wird das verbrauchte Gas aus dem Reaktionsraum abgeführt. Innerhalb dieses Kanals 4 und der zentralen Durchbohrung 2 ist ein Zuführungsrohr 3 mit Ventil für das frische Reaktionsgas vorgesehen. Beiderseits dieser zentralen Durchbohrung sind pro Stabpaar zwei Elektroden gegeneinander isoliert und gasdicht durch die mit einer Silberschicht versehene Stahlplatte 8 geführt. Diese Elektroden 5 und 6 dienen zugleich als Halterungen, in welche zwei stab- oder rohrförmige Trägerkörper 7 mit ihren unteren Enden eingesetzt und stabil gehaltert werden können. Die zwei gleichlangen Trägerkörper 7 sind an ihren oberen Enden mit einer Brücke 17 aus temperaturbeständigem elektrisch leitenden Material, beispielsweise Silicium, verbunden. Die Quarzglocke 9 sitzt auf der Silberschicht 1 mit ihrem unteren zu einem Flansch ausgebildeten Rand 10 gasdicht auf. Zur Verbesserung der Abdichtung ist ein Dichtungsring 11 vorgesehen. Dieser befindet sich zweckmäßig mit seinem größten Teil in einer seinem Verlauf angemessenen und in die Grundplatte eingelassenen ringförmigen Nut. Gegebenenfalls kann auch der Flansch 10 entfallen und dementsprechend die Wandstärke der Glocke 9 auch an ihrem unteren Rand mit der Wandstärke in ihren übrigen Bereichen übereinstimmen oder gar verjüngt sein.
In der Nähe - soweit es die Stabilität der Bodenplatte gerade noch erlaubt - der den O-Ring 11 aufnehmenden Nut liegen die von einer Kühlflüssigkeit durchflossenen, als Kühlsystem wirkenden Bohrungen 18. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind auch noch die Bohrungen 19 vorhanden, die dem gleichen oder einem weiteren unabhängigen Kühlsystem angehören können; sie befinden sich im Rahmen der zulässigen Stabilität der Bodenplatte in unmittelbarer Nähe der Durchführungen für die Elektroden 5 und 6.
Zum Betrieb der Anordnung werden die Träger 7 in ihre beiden Halterungen 5 und 6 eingebracht und mit der leitenden Brücke 17 verbunden. Dann wird die Glocke 9 auf die Stahlplatte unter Zwischenfügung der aus einer Fluor-Kautschuk-Mischung bestehenden Dichtung 11 aufgesetzt und vakuumdicht angeschlossen. Danach wird Wasserstoff in das Reaktionsgefäß eingelassen und der die Beheizung der Trägerkörper 7 bewirkende Strom eingeschaltet. Sobald sich die Träger 7 auf Abscheidungstemperatur befinden, kann das eigentliche Reaktionsgas, z. B. ein Gemisch aus H₂ und SiHCl₃, in das Reaktionsgefäß eingelassen werden, so daß die Abscheidung an der glühenden Oberfläche der erhitzten Träger 7 stattfindet. Die zur Überwachung der Trägergasströmung, sowie der Beheizung der Träger erforderlichen Mittel sind üblicher Natur und in der Figur im einzelnen nicht angegeben. Zu bemerken ist lediglich, daß es sich empfiehlt, das frische Reaktionsgas unter so hohem Druck in den Reaktionsraum einzublasen, daß sich eine lebhafte Strömung bis in den oberen Teil des Reaktionsraumes ausbilden kann.
In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist gezeigt, daß die Erfindung auch bei Reaktoren angewandt werden kann, die zwei ineinander angeordnete Gefäße verwenden. Im Prinzip arbeitet solch ein Reaktor gleich dem in Fig. 1 gezeigten, so daß hierüber keine weiteren Ausführungen zu machen sind.
Die Glocke 9 befindet sich in einem sie umgebenden Druckgefäß 12, das z. B. aus Stahl bestehen kann. Dieses Druckgefäß 12 ist mit einer Einlaßstelle 13 für ein Inertgas, insbesondere Stickstoff oder ein Edelgas, versehen. Ein Manometer 14 erlaubt es, den Gasdruck im Druckgefäß 9 zu überwachen, der in bekannter Weise auf einen hohen Wert, d. h. auf mehrere Atmosphären eingestellt wird. Vor dem Einschalten der Strömung des Reaktionsgases und der Beheizung der Trägerstäbe wird der Druckgasbehälter mit Inertgas mit einem zur Dichtung ausreichenden Überdruck von 0,1 bis 2 Atmosphären gefüllt. Hierdurch wird die Glocke 9 fest gegen die Grundplatte 1 gepreßt und eine gasdichte Verbindung erzielt.
Verbessert wird die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung noch dadurch, daß auf der der Reaktionskammer zugewandten Seite der Grundplatte zusätzlich eine Quarzabdeckung 16 angeordnet ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine Einzelplatte vorgesehen, es ist selbstverständlich auch möglich, die Quarzplatte in Doppelschichtung und mit Abstandsstücken auszubilden.

Claims

1. Vorrichtung zum Abscheiden von Halbleitermaterial, insbesondere Silicium, auf einem erhitzten Trägerkörper aus einem vorzugsweise aus einer Halogenverbindung mit Wasserstoff bestehenden Reaktionsgas, mit

a) einer platten- oder tellerförmigen Grundplatte (8) aus Metall mit

b) Öffnungen (2) für die Zu- und Abfuhr des Reaktionsgases, sowie Halterungen für die Trägerkörper (7),

c) auf der eine Glocke (9) aus Quarz, Glas, einem undurchsichtigen, porenfreien Quarzgut oder Stahl gasdicht aufgesetzt ist, wobei

d) die Grundplatte (8) eine ringförmige Nut aufweist, in die ein elastischer O-Ring (11) als Dichtungsmittel zwischen ihr und der Glocke (9) eingepaßt ist;

dadurch gekennzeichnet, daß

e) die Grundplatte (8) mit von Kühlflüssigkeit zu durchfließenden Bohrungen (18) versehen ist, die

f) derart in der Grundplatte (8) angeordnet sind, daß der Abstand zwischen der ringförmigen Nut und den Bohrungen (18) so gering ist, wie es die mechanische Stabilität noch erlaubt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der ringförmigen Nut und den Bohrungen (18) gleich oder kleiner als 50 mm ist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der O-Ring (11) aus einer Fluor-Kautschuk-Mischung besteht.