DE2831819A1 - Verfahren zum abscheiden von silicium in feinkristalliner form - Google Patents
Verfahren zum abscheiden von silicium in feinkristalliner formInfo
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Description
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen
Berlin und München YPA 78 P 11 2 3 BRD
Verfahren zum Abscheiden von Silicium in feinkristalliner Form
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
zum Abscheiden von Silicium in feinkristalliner Form auf einem, vorzugsweise durch direkten Stromdurchgang erhitzten,
Trägerkörper aus einem entsprechenden, insbesondere aus einer Siliciumhalogen-Verbindung und Wasserstoff bestehenden,
Reaktionsgas.
Bekannt ist es, bei Verfahren zum Abscheiden aus der Gasphase die die Abscheidung bestimmenden Parameter zu
Beginn oder auch während des Abscheidungsprozesses zu ändern. Aus der DE-PS 11 23 300 ist es bekannt, zu Beginn
des Abscheidungsvorgangs mit einem geringeren Durchsatz des strömenden Gasgemisches zu arbeiten und
den Durchsatz allmählich zu erhöhen. Der Sinn dieser Maßnahme liegt in der Erhöhung der Reinheit des SiIiciums
durch Unterbindung von unerwünschten Borabscheidungen.
Eor hat bekanntlich die nachteilige Eigenschaft, daß es
beim Zonenschmelzen nicht merklich verschoben werden Bar 1 EM/18.7.1978
909885/0346
VPA 78 P 1 123 BRD
kann, weil sein Yerteilungskoeffizient nahe bei 1 liegt
und daß es nur in sehr geringen Mengen ins Vakuum abdampft. Man ist deshalb bestrebt, möglichst wenig Bor
bei der Gewinnung in das Halbleitermaterial gelangen zu lassen. Die Borabscheidung wird also dadurch unterbunden,
daß zu Beginn des Abscheidungsprozesses mit geringerem
Durchsatz des Reaktionsgasgemisches gearbeitet und dann der Durchsatz allmählich erhöht wird.
Die vorliegende Erfindung beruht hingegen auf einem anderen Effekt. Es wurde nämlich festgestellt, daß während
der Abscheidung bei der Herstellung von polykristallinen Siliciumstäben zeitweise ein grobkristallines Wachstum
auftritt,.das bei der nachfolgenden Herstellung der Einkristallstäbe
aus diesen Polystäben durch tiegelfreies Zonenschmelzen zu erheblichen Kristallgitterstörungen
führt.
Zu diesem Zweck ist in der deutschen Patentanmeldung ρ 27 27 305.8 (YPA 77 P 1066) bereits vorgeschlagen worden,
daß sowohl das Molverhältnis im Reaktionsgas als auch die Abscheidetemperatur und der Gasdurchsatz beginnend
mit einem hohen Molverhältnis, einem hohen Gasdurchsatz und einer optimalen Abscheidetemperatur während
der Abscheidung nach einem vorgegebenen Programm vermindert bzw. erhöht wird.
Bei solch einem Verfahren ist das Molverhältnis zweckmäßigerweise zu Beginn der Abscheidung auf 0,5 und die
optimale Abscheidetemperatur auf HOO0G eingestellt,
während der Abscheidung wird mit einem Gasdurchsatz im Bereich von 3000 bis 15000 l/h gearbeitet. Gasdurchsatz
ist bekanntlich die Menge des in der Zeiteinheit an dem erhitzten Trägerkörper entlangströmenden Reaktionsgases.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel dieser Anmeldung wird nach etwa 10-minütiger Abscheidung bei hohem Molverhält-
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.Jf
TSk 78 P VI 2 3 BRB
nis das Molverhältnis auf 0,2 abgesenkt.
Gegenüber den "bekannten und dem vorgeschlagenen Verfahren
sieht die vorliegende Erfindung vor, daß bei eingestelltem Molverhältnis des Reaktionsgases und für
den Ahscheidungsprozeß gewählten Durchsatz zu Beginn der Abscheidung eine niedrigere als die optimale, die
Abscheidungsrate bestimmende Temperatur des Siliciumträgerkörpers eingestellt und während einer ersten Abscheidungsphase
aufrecht erhalten wird und daß nach dieser ersten Abscheidungsphase die !Temperatur auf den Optimalwert
unter Konstanthaltung der übrigen die Abscheidung bestimmenden Parameter angehoben und für den Rest
der Abscheidung beibehalten wird.
Zweckmäßigerweise ist als optimale Abscheidetemperatur
etwa HOO0C vorgesehen und die Trägertemperatur während
der ersten Abscheidungsphase niedriger als 10500C, vorzugsweise
etwa 10000C gewählt. Zur Erzielung optimaler
Ausbeute beträgt die Zeit der ersten Abscheidungsphase höchstens zwei Stunden, wobei es auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegt, nach Erhöhung der Abscheidetemperatur
auf ihren Optimalwert auch den Siliciumhalogen-Durchsatz zu erhöhen.
,.-■.
Der Gedanke, der der vorliegenden Erfindung zugrunde
liegt, ist der, daß bei der Herstellung polykristalliner Siliciumstäbe einerseits eine gute Siliciumhalogen-Ausbeute
und andererseits eine gute feinkristalline Oberfläche des Siliciums erreicht wird. Normalerweise ist
beides gleichzeitig nicht erreichbar, also eine bessere Ausbeute ergibt gleichzeitig eine entsprechend schlechtere
Siliciumoberflache.
Bisher wurde eine gute Oberfläche, d.h. eine feinkristalline
Oberfläche nur zu Lasten der Siliciumhalogen-
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78 P 1 1 2 3 BRD
Ausbeute erreicht, und zwar entweder durch Erniedrigung
der Abscheidetemperatur oder durch Erhöhung des SiIiciumhalogen-Durchsatzes,
also eines hohen Durchflusses
und/oder eines hohen Molverhältnisses. 5
Wie die vorliegende Erfindung zeigt, läßt sich eine Verbesserung der Oberflächenqualität hinsichtlich der
feinkristallinen Struktur jedoch auch ohne wesentliche Beeinträchtigung der Siliciumausbeute erreichen, wenn
nicht während der gesamten Abscheidedauer mit konstanter Temperatur gearbeitet wird, sondern wie gemäß vorliegender
Erfindung gezeigt, die Temperatur zu Beginn der Abscheidung bei sehr niedrigen Werten gehalten wird.
Die Erfindung wird anhand einer als Ausftihrungsbeispiel
zu wertenden Figur dargelegt.
Die ligur zeigt eine Torrichtung zur Abscheidung von
polykristallinem Silicium, die aus einer metallischen Grundplatte 1 und einer hierauf aufgesetztem beispielsweise
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 hochreinem Silicium bestehenden stabförmigen, U-förmig gebogenen Trägerkörpers
verbunden sind. Durch die metallische Grundplatte ist eine in das Innere des Seaktionsraumes reichende
und der Zuführung des Frischgases dienende Düse 5 geführt, die gemäß vorliegendem Ausführungsbeispiel konzentrisch
von dem Abzugsrohr 6 für das verbrauchte ßeaktionsgasgemisch umgeben ist. Die Beheizung des stabförmigen
Trägers 3 erfolgt durch die Stromversorgung
Zur Erhitzung des Reaktionsgases ist ein Reservoir 11 für Wasserstoff vorgesehen. Der aus dem Behälter 11
ausströmende Wasserstoff gelangt über einen Strömungsmesser 12 über einen mit flüssigem Silicochloroform ge-
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5- VPi 78 P 1 1 2 3 BRO
füllten Verdampfer 13> dessen Ausgang in die Versorgungsdüse
5 im Reaktionsgefäß überleitet. Zur Einstellung der Temperatur im Verdampfer 13 ist dieser
in einem Thermostaten 14 untergebracht. Die Menge des im Wasserstoffgas mitgeführten Silicochloroforms,
also das Molverhältnis zwischen Silicochlorofona und Wasserstoff kann hiermit eingestellt werden.
Wenn für den Abscheidungsprozeß eine optimale Temperatür
des die Intensität der Abscheidung wesentlich beeinflussenden Siliciumträgerstabes von HOO0O vorgesehen
ist, läßt sich die Kristallstruktur des Siliciums schon wesentlich beeinflussen, selbst wenn nur während
der ersten zwei Stunden mit 10000O gearbeitet wird. Im
Prinzip ist es sogar möglich, die Temperatur auf 9000C
zu senken, die Grenze wird durch die Notwendigkeit, noch eine brauchbare Siliciumabscheidung zu erhalten,
gesetzt. In einer Apparatur, deren optimale Abscheidetemperatur bei etwa HOO0C liegt, zeigt sich bei 10000C
bereits eine Einbuße an abgeschiedenem Silicium von etwa 5Ofo und bei 9000C gar von 80$.
Gegenüber dem früher vorgeschlagenen Verfahren hat das gemäß vorliegender Erfindung den Vorteil einer einfachsten
Handhabung, so daß sich gerade das Verfahren gemäß vorliegender Erfindung für eine Massenproduktion, d.h.
einen Parallelbetrieb einer Großzahl von Reaktoren für insbesondere dicke Stäbe von beispielsweise 5" und mehr
besonders geeignet.
30
30
Mit dem Verfahren gemäß vorliegender Erfindung konnte die Kristallitgröße auf etwa 1/3 gegenüber dem konventionellen
Verfahren gesenkt werden.
Bei Anordnungen, die Siliciumträgerpaare verwenden, werden diese bekanntlich an ihren den Zuführungselektro
den abgewandten Enden mit einer elektrisch leitenden,
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ρ 1 1 2 3 BRO
vorzugsweise aus Silicium bestehenden Brücke verbunden. Die Verbindungen zwischen Brücke und Stab ergeben überhitzte
Stellen mit allen ihren nachteiligen Polgen, die selbst bei den unterschiedlichsten Temperaturprogrammen
nicht mehr zu eliminieren sind.
Ein großer Vorteil des Verfahrens gemäß vorliegender Erfindung besteht nun darin, daß durch die reduzierte
Anfangstemperatur eine Überhitzung dieser Verbindungsstellen vermieden wird und ein gleichmäßiges rundes Aufwachsen
des Siliciums erfolgt, das während des weiteren Abscheidungsverfahrens erhalten bleibt.
1 Figur
5 Patentansprüche
909885/0346
Claims (2)
1. Verfahren zum Abscheiden von Silicium in feinkristalliner
Form auf einen, vorzugsweise durch direkten Stromdurchgang erhitzten, Trägerkörper aus einem entsprechenden,
insbesondere aus einer Siliciumhalogen-Verbindung und Wasserstoff bestehenden, Reaktionsgas,
dadurch gekennzeichnet, daß bei eingestelltem Molverhältnis des Reaktionsgases und für
den Abscheidungsprozeß gewählten Durchsatz zu Beginn der Abscheidung eine niedrigere als die optimale, die
Abscheidungsrate bestimmende Temperatur des Siliciumträgerkörpers eingestellt und während einer ersten Abscheidungsphase aufrechterhalten wird und daß nach die-
ser ersten Abscheidungsphase die Temperatur auf den Optimalwert unter Konstanthaltung der übrigen die Abscheidung
bestimmenden Parameter angehoben und für den Rest der Abscheidung beibehalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß als optimale Abscheidetemperatur etwa HOO0C vorgesehen ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e -
k e η η ζ e i c h η e t, daß während der ersten Abscheidungsphase
die Trägertemperatur niedriger als 10500C,
vorzugsweise etwa 10000C gewählt ist.
-k
4. Verfahren■,nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis
3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Zeit der ersten Abscheidungsphase höchstens zwei Stunden beträgt.
5. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis
4, dadurch gekennzeichnet, daß nach Erhöhung der Abscheidetemperatur auf ihren Optimalwert
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ORIGINAL INSPECTED
283Ί813
2 78 P 1 1 2 3 B«D
der Siliciumhalogen-Durclisatz erhöht wird.
909886/0346
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