DE2906290A1

DE2906290A1 - Vorrichtung zum abscheiden von halbleitermaterial

Info

Publication number: DE2906290A1
Application number: DE19792906290
Authority: DE
Inventors: Gerhard Ing Grad Barowski; Wolfgang Dr Dietze; Ulrich Rucha
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1979-02-19
Filing date: 1979-02-19
Publication date: 1980-08-28
Also published as: JPS6341211B2; JPS55117230A; DE2906290C2

Description

Vorrichtung zum Abscheiden von Halbleitermaterial
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Abscheiden von Ealbleitermaterial, insbesondere Silicium, auf einem erhitzten Trägerkörper bestehend aus einer platten- oder tellerförmigen Grundplatte und einer auf der Grundplatte gasdicht aufgesetzten, aus Quarz, Glas, Rotosil oder Stahl bestehenden Glocke mit den für die Zu- und die Abfuhr des Reaktionsgases erforderlichen Öffnungen sowie Halterungen für den Trägerkörper.
Solche Vorrichtungen sind beispielsweise aus der deutschen Patentschrift 1 198 787 für die Herstellung von Siliciumstäben bekannt. Die Trägerkörper sind z.B. zwei parallele, vertikal angeordnete Siliciumstäbe, die an ihren unteren Enden von je einer an der Bodenplatte befestigten Elektrode gehaltert und an ihren oberen Enden huber eine Brücke aus Silicium leitend miteinander verbunden sind, so daß ein huber die Elektroden zugeführt er elektrischer Heizstrom die beiden Siliciumstäbe durchströmt und sie auf die Abschefdungstemperatur erhitzt.
Die platten- oder tellerförmige Unterlage besteht vorwiegend aus einem temperaturbeständigen Metall, z.B.
Bar 1 EM /8.2.1979 Silber, und ist an der den Reaktionsraum begrenzenden Oberfläche mit Quarzplatten abgedeckt. Die beiden Elektroden sind gegeneinander elektrisch isoliert und gasdicht durch die Unterlage hindurchgeführt. Außerdem sind an ihr die Einlaß- und Äuslaßstellen für das Reaktionsgas vorgesehen. Statt stabförmiger Trägerkörper können auch rohrförmige Trägerkörper, insbesondere solche aus Graphit als Träger dienen, die in ähnlicher Weise wie die Trägerstäbe bei Anordnungen nach der deutschen Patentschrift 1 198 787 gehaltert sind und von einem elektrischen Heizstrom durchflossen sind. Eine solche Anordnung dient zum Herstellen von Rohren aus Silicium Die Forderung nach immer größerer Reinheit und die Fertigung immer dickerer Stäbe mit Durchmessern von mehr als 3l1 bzw. mehr als 5" zwingt zu immer stärkerer Auslastung der Reaktionsgefäße und erfordert ihre ständige Perfektioni erung Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, die neuralgischen Stellen der Reaktoren zu entschärfen, das ist insbesondere der gasdicht zu haltende Übergang von der Quarzglocke zur Grundplattq, das sind aber auch die Durchführungen für die Elektroden. Gerade durch die notwendigerweise unterschiedliche Erwärmung der einzelnen Teile des Reaktionsgefäßes, insbesondere der Quarzkammer verglichen mit der Stahlbodenplatte entstehen geringfügige Undichtigkeiten, die die Ursache zum Beeinflussen der hohen geforderten Reinheit des zu gewinnenden Siliciums sind. Das Abdichten des Reaktionsraumes hat nicht nur so zu erfolgen, daß Reaktionsgase nicht austreten und Fremdstoffe nicht eintreten können, es muß auch sichergestellt sein, daß bei den zur Abdichtung vorzusehenden Mitteln die thermische Belastung so gering gehalten wird, daß sie selbst keine Fremdstoffe abzugeben vermögen.
Die Dichtigkeit der Bodenplatte gegenüber der Reaktionsglocke und gegenüber den Elektrodenzuführungen wird über lange Zeit am ehesten konstant gehalten, je geringer die thermische Belastung der Dichtungsmittel wie Teflon und Viton ist und je geringer die Temperaturunterschiede in der Bodenplatte gehalten werden können. Gerade durch diese der Erfindung zugrundeliegende Erkenntnis gelingt es, die thermischen Spannungen in der Bodenplatte so klein als möglich zu halten. Es ist damit auch gelungen, Großreaktoren mit solchen Bodenplatten mit vertretbarem Aufwand herzustellen.
Die Erfindung sieht daher vor, daß die Grundplatte aus Metall besteht und von Kühlflüssigkeit zu durchfließende, als Kühleinrichtung wirkende Bohrungen besitzt, die derart gestaltet sind, daß in der Bodenplatte zwei unabhängig voneinander wirkende Kühlsysteme entstehen.
Zweckmäßigerweise ist eines der beiden Systeme für die Kühlung des Bodenplattenaußenteils und das andere für die Kühlung des Bodenplatteninnenteils vorgesehen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Bohrungen der Kühlsysteme derart ausgebildet sind, daß der Wasserwiderstand beider Systeme etwa gleich groß ist. Am einfachsten werden die Wasserwege beider Systeme gleich lang gewählt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die beiden Kühlsysteme im Gegenstromprinzip arbeiten.
Die Grundplatte besteht zweckmäßigerweise aus Stahl mit einer auf ihrer der Reaktionskammer zugewandten Oberfläche porendichten Silberauflage und besitzt eine ringförmige Nut mit in sie efngepaßtem elastischem O-Ring als Dichtungsmittel zwischen ihr und der Reaktionskammerwand. In vorteilhafter weise sind die Bohrungen derart ausgebildet, daß die Kühlflflssigkeit in unmittel- barer Nähe der ringförmigen Nut und der in der Bodenplatte befestigten Elektroden geführt wird.
Den Abstand zwischen der ringförmigen Nut und den Eühlbohrungen wählt man zweckmäßigerweise so klein, wie es die mechanische Stabilität der Grundplatte noch erlaubt.
Beispielsweise ist dieser Abstand kleiner als 50 mm, vorzugsweise zwischen 10 und 15 mm. Mit diesen Mitteln gelingt es, die thermische Belastung des Teflon unter 1000C zu drücken. Der O-Ring besteht aus einer Fluor-Kautschuk-Mischung, z.B. Viton.
Es ist durchaus möglich, ein von beiden Kühlsystemen unabhängiges weiteres Kühlsystem für die Elektroden vorzusehen.
Einzelne gemäß der Erfindung vorgesehene Maßnahmen für sich können dabei bekannt oder naheliegend sein, die Kombination der Merkmale jedoch bringt die gewünschte Qualität, die, was meist nicht beachtet wird, bereits in polykristallinem Zustand vorhanden sein muß, um nachfolgend ein einwandfreies einkristallines Silicium zu erhalten.
Durch sorgfältige Wasserftihrung, insbesondere an den Durchführungen, kann die Eemperaturbelastung gleichmäßig über den Plattenquerschnitt verteilt werden. Dies ist notwendig, weil Verbundwerkstoffe, z.B. Silber und Stahl, eingesetzt werden und die Standzeit der Dichtstellen zwischen Grundplatte und Glocke wesentlich verlängert wird. Gemäß der Erfindung gilt es aber nicht nur Überhitzungen der Bodenplatte zu vermeiden, von besonderer Bedeutung ist auch die Vermeidung spezieller unterkühlter Stellen, da diese kühleren Stellen Silanablagerung verursachen.
Die Erfindung wird anhand der Figuren 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 14 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 Tejl 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 II aufnehmenden Nut liegen die von einer Kühlflüssigkeit durchflossenen, als Kühlsystem wirkenden Bohrungen 13.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind auch noch die Bohrungen 12 vorhanden, die einem weiteren unabhängigen, die Elektroden 5 bzw, 6 kühlenden System 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 14 verbunden. Dann wird die Glocke 9 auf die Stahlplatte 1 unter Zwischenfügung der aus Viton 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 SiHOl3, 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.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Bodenplatte gemäß der Erfindung zeigen die Figuren 2 und 3, Fig. 3 stellt die Bodenplatte im GrundriB und Fig. 2 im Schnitt AB dar. Die beispielsweise aus Stahl bestehende Bodenplatte 8 besitzt auf ihrer Oberfläche eine Silberschicht 1. In die Stahlplatte eingearbeitete Bohrungen 15 gehören einem Kühlsystem an, das den Wassereinlauf 16 und den Wasserauslauf 17 besitzt, während die Bohrungen 18 einem zweiten Kühlsystem mit dem Wassereinlauf 19 und dem Auslauf 20 angehören. Beide Kühlsysteme sind unabhängig voneinander ausgebildet, derart, daß die Wasserwiderstände beider Systeme einander etwa entsprechen. Die Stege 21, 22 und 23 sollen insbesondere die Wasserführung an die speziell zu kühlenden Stellen vornehmen und/oder die Wasserwiderstände optimal gestalten.
Die Bohrungen 24, 25, 26 und 27 dienen der Durchführung der Elektroden für zwei Elektrodenpaare. 28 ist die Aussparung in der Bodenplatte für ein Beobachtungsfenster.
Um die Kühlsysteme 15 bzw. 18 im Gegenstromprinzip betreiben zu können, ist lediglich der Wasserein- bzw.
-auslauf eines Systems verändert anzuschließen.
Verbessert wird die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung noch dadurch, daß auf der der Reaktionskammer zugewandten Seite der Grundplatte zusätzlich eine Quarzabdeckung angeordnet ist. Vorzugsweise ist eine Einzelplatte vorgesehen, es ist selbstverständlich auch möglich, die Quarzplatte in Doppelschichtung und mit Abstandsstücken auszubilden.
14 Patentansprüche 3 Figuren L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche 1. Vorrichtung zum Abscheiden von Halbleitermaterial, insbesondere Silicium, auf einem erhitzten Erägerkörper, bestehend aus einer platten- oder tellerförmigen Grundplatte und einer auf der Grundplatte gas dicht aufgesetzten, aus Quarz, Glas, Rotosil oder Stahl beste-'henden Glocke mit den für die Zu- und Abfuhr des Reaktionsgases erforderlichen Öffnungen sowie Halterungen für den Trägerkörper, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Grundplatte aus Metall besteht und von Euhlflüssigkeit zu durchfließende, als Kühleinrichtung wirkende Bohrungen besitzt, die derart gestaltet sind, daß in der Bodenplatte zwei unabhängig voneinander wirkende Kühlsysteme entstehen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n « e i c h n e t, daß eines der beiden Systeme für die Kühlung des Bodenplattenaußenteils und das andere für die Kühlung des Bodenplatteninnenteils vorgesehen ist.
3. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Bohrungen des Kühlsystems derart ausgebildet sind, daß der WasserTwiderstand beider Systeme etwa gleich groß ist.
4. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Wasserwege beider Systeme gleich lang sind.
5. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die beiden Kühlsysteme im Gegenstromprinzip angeschlossen sind.
6. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Grundplatte vorzugsweise aus Stahl mit einer auf ihrer der Reaktionskammer zugewandten Oberfläche porendichten Silberauflage besteht und eine ringförmige Nut mit in sie eingepaßtem elastischem O-Ring als Dichtungsmittel zwischen ihr und der Reaktionskammerwand besitzt.
7. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Bohrungen derart ausgebildet sind, daS die guhlflüssigkeit in unmittelbarer Nähe der ringförmigen Nut geführt wird.
8. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Grundplatte Bohrungen besitzt, die in unmittelbarer Nähe der in der Bodenplatte befestigten Elektroden verlaufen.
9. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Abstand zwischen der ringförmigen Nut und den Eühlbohrungen so klein wie es die mechanische Stabilität der Grundplatte erlaubt, gewählt ist.
10. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Abstand zwischen der ringförmigen Nut und den Kühlbohrungen gleich oder kleiner als 50 mm ist.
II. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche i bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Abstand zwischen der ringförmigen Nut und den Kühlbohrungen 10 bis 15 mm beträgt.
12. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der O-Ring aus einer Fluor-Kautschuk-Mischung, z.B.

Viton besteht.
13. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die thermische Belastung des Teflon unter 1000C gewählt ist.
14. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß ein von den beiden Kühlsystemen unabhängiges weiteres Kühlsystem für die Elektroden vorgesehen ist.