DE2831819A1 - Verfahren zum abscheiden von silicium in feinkristalliner form - Google Patents

Verfahren zum abscheiden von silicium in feinkristalliner form

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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
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
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Claims (2)

78 P 11 2 3 BRD Patentansprüche
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
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2 78 P 1 1 2 3 B«D
der Siliciumhalogen-Durclisatz erhöht wird.
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