DE2831816C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ab­ scheiden von Silicium in feinkristalliner Form auf einen durch direkten Stromdurchgang erhitzten Trägerkörper aus einem aus einer Silicium-Halogen-Verbindung und Wasserstoff bestehenden Reaktionsgas.

Es ist allgemein bekannt, daß die elektrischen Eigenschaf­ ten von z. B. elektrischen Bauelementen oder integrierten Schaltkreisen in besonders starkem Maße von der Reinheit des verwendeten Halbleitermaterials abhängig ist.

Ein Verfahren, das Auftreten von unerwünschten, durch Borab­ scheidung bedingte Störstellen in der Kristallgitterstruk­ tur von Silicium oder Germanium zu vermindern, ist z. B. in der DE-PS 11 23 300 beschrieben. Bei gegebener Abscheide­ temperatur von z. B. 1150°C wird zu Beginn des Gasphasenab­ scheidevorganges mit geringem Durchsatz des Reaktionsgasge­ misches gearbeitet und dann der Durchsatz allmählich erhöht.

Bor hat bekanntlich die nachteilige Eigenschaft, daß es beim Zonenschmelzen nicht merklich verschoben werden kann, weil sein Verteilungskoeffizient nahe 1 liegt und daß es nur in sehr geringen Mengen ins Vakuum verdampft. Man ist deshalb bestrebt, möglichst wenig Bor bei der Gewinnung in das Halbleitermaterial gelangen zu lassen. Durch das aus der deutschen Patentschrift 11 23 300 bekannte Verfah­ ren wird die unerwünschte Borabscheidung vermindert. Diese konventionellen Verfahren werden normalerweise bei konstan­ ter Temperatur durchgeführt, wobei der Gasdurchsatz mit wachsendem Siliciumstabdurchmesser erhöht wird. Dies führt jedoch auch zu unzulässig starker Siliciumabscheidung am Quarzglasreaktor, was zu einer Verschlechterung der Ober­ flächenqualität der Siliciumstäbe beiträgt.

Eine Erhöhung des Gasdurchsatzes ist hierdurch stark einge­ schränkt, der Abscheideprozeß kann dann nur noch bei konstan­ tem Durchsatz mit gutem Qualitätsergebnis durchgeführt wer­ den.

Es hat sich gezeigt, daß während der Abscheidung bei der Herstellung von polykristallinen Siliciumstäben zeitweise ein grobkristallines Wachstum auftritt, daß bei der nachfol­ genden Herstellung der Einkristallstäbe aus diesen poly­ kristallinen Halbleiterstäben durch tiegelfreies Zonenschmel­ zen zu erheblichen Kristallgitterstörungen führt.

Bisher wurde eine gute Oberfläche, d. h. eine feinkristal­ line Oberflächenstruktur der Siliciumstäbe nur zu Lasten der Silicium-Halogen-Ausbeute erreicht, und zwar entweder durch Erniedrigung der Abscheidetemperatur oder durch Er­ höhung des Silicium-Halogen-Durchsatzes, also eines hohen Durchflusses und/oder eines hohen Molverhältnisses.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen von polykristallinen Siliciumstäben durch Abschei­ den von Silicium zu entwickeln, bei dem die Oberfläche der Siliciumstäbe eine gute feinkristalline Struktur aufweist und die Siliciumausbeute nicht wesentlich gegenüber herkömm­ lichen Verfahren verschlechtert ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei eingestelltem Mol­ verhältnis des Reaktionsgases und für den Abscheidungsprozeß gewählten Gasdurchsatz zu Beginn der Abscheidung eine bezüg­ lich der Abscheidungsrate optimale oder überhöhte Temperatur des Siliciumträgerkörpers eingestellt wird, und daß mit wach­ sendem Durchmesser des Siliciumstabes die Temperatur auf ei­ nen Minimalwert abgesenkt wird, und daß die übrigen die Ab­ scheidung bestimmenden Parameter konstant gehalten werden.

Die optimal eingestellte Abscheidetempera­ tur beträgt beispielsweise 1100°C und die überhöht ein­ gestellte Abscheidetemperatur beispielsweise 1150°C oder mehr. Als Minimalabscheide­ temperatur wird etwa 1000 bis 1050°C gewählt.

Die Erfindung wird anhand einer als Ausführungsbei­ spiel zu wertenden Figur dargestellt.

Die Figur zeigt eine Vorrichtung zur Abscheidung von polykristallinem Silicium, die aus einer metallischen Grundplatte 1 und einer hierauf aufgesetzten, bei­ spielsweise aus Quarz bestehenden Haube 2 besteht. Durch die metallische Grundplatte 1 sind gasdichte und elektrisch gegeneinander isolierte Elektroden 4 hindurchgeführt, die mit je einem Ende eines aus hoch­ reinem Silicium bestehenden stabförmigen, U-förmig ge­ bogenen Trägerkörpers 3 verbunden sind. Durch die me­ tallische Grundplatte 1 ist eine in das Innere des Reaktionsraumes reichende und der Zuführung des Frisch­ gases dienende Düse 5 geführt, die gemäß vorliegendem Ausführungsbeispiel konzentrisch von dem Abzugsrohr 6 für das verbrauchte Reaktionsgasgemisch umgeben ist. Die Beheizung des stabförmigen Trägers 3 erfolgt durch die Stromversorgung 7.

Zur Erhitzung des Reaktionsgases ist ein Reservoir 11 für Wasserstoff vorgesehen. Der aus dem Behälter 11 ausströmende Wasserstoff gelangt über einen Strömungs­ messer 12 über einen mit flüssigem Silicochloroform gefüllten Verdampfer 13, dessen Ausgang in die Versor­ gungsdüse 5 im Reaktionsgefäß überleitet. Zur Einstel­ lung der Temperatur im Verdampfer 13 ist dieser in ei­ nen Thermostaten 14 untergebracht. Die Menge des im Wasserstoffgas mitgeführten Silicochloroforms, also das Molverhältnis zwischen Silicochloroform und Wasser­ stoff kann hiermit eingestellt werden.

Gemäß vorliegender Erfindung beginnt man die Silicium­ abscheidung mit den dünnen Stäben bei hoher Temperatur von 1100 bis 1150°C, man läßt dann die Temperatur lang­ sam mit wachsendem Stabdurchmesser kontinuierlich oder stufenweise heruntergehen, bei­ spielsweise auf 1000 bis 1050°C für einen Stabdurch­ messer von 50 mm. Bei gleichbleibendem Durchsatz des Reaktionsgases bleibt dann die Silicium-Ausbeute aus dem eingesetzten Silicochloroform trotz niedrigerer Temperatur erhalten, da die Siliciumoberfläche und der Wärmeinhalt des Reaktors zunimmt. Darüber hinaus ist aber auch noch eine Steigerung des Gasdurchsatzes bzw. des Silicochloroform-Durchsatzes möglich, ohne daß sich die Siliciumabscheidung an der Quarzglocke in unzu­ lässiger Weise verstärkt. Durch die niedrigere Tempe­ ratur gegen Ende der Abscheidung wird die Feinkristallinität der Oberfläche entscheidend ver­ bessert.

Die vorliegende Erfindung hat den Vorteil einer ein­ fachen Handhabung, so daß sie sich gerade für eine Massenproduktion, d. h. einen Parallelbetrieb einer Großzahl von Reaktoren für insbesonders dicke Stäbe von beispielsweise 12,7 cm und mehr besonders eignet. Außerdem läßt sich bei dem gemäß der Erfin­ dung durchgeführten Verfahren eine Energieeinsparung von 25-30% erreichen.

Die Wandabscheidungen, die auch Schwierigkeiten beim Sauberhalten der Beobachtungsfenster insbesondere zum pyrometrischen Messen der Trägertemperatur bereiten, konnten praktisch ganz unterdrückt werden.

Claims (1)

1. Verfahren zum Abscheiden von Silicium in feinkristalliner Form auf einen durch direkten Stromdurchgang erhitzten Trägerkörper aus einem aus einer Silicium-Halogen-Verbin­ dung und Wasserstoff bestehenden Reaktionsgas, da­ durch gekennzeichnet, daß bei einge­ stelltem Molverhältnis des Reaktionsgases und für den Ab­ scheidungsprozeß gewählten Gasdurchsatz zu Beginn der Ab­ scheidung eine bezüglich der Abscheidungsrate optimale oder überhöhte Temperatur des Siliciumträgerkörpers einge­ stellt wird, und daß mit wachsendem Durchmesser des Sili­ ciumstabes die Temperatur auf einen Minimalwert abgesenkt wird, und daß die übrigen die Abscheidung bestimmenden Parameter konstant gehalten werden.