DE1206261B - Vorrichtung zur Abscheidung reinsten Halbleiter-materials aus einem stroemenden Gemisch einer gasfoermigen Verbindung, vorzugsweise eines Halogenids, des Halbleitermaterials und eines gasfoermigen Reaktionsmittels - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

C23c

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

Deutsche Kl.: 48 b -49/Ofr

Nummer: 1206 261

Aktenzeichen: S73645VIb/48b

Anmeldetag: 25. April 1961

Auslegetag: 2. Dezember 1965

Es ist bereits ein Verfahren zur Abscheidung von Halbleitermaterial bekanntgeworden, das darin besteht, daß das Halbleitermaterial aus einem strömenden Gemisch einer gasförmigen Verbindung, vorzugsweise eines Halogenide, des Halbleitermaterials und eines gasförmigen Reaktionsmittels durch Reaktion, insbesondere Reduktion, auf einem erhitzten Körper aus demselben Halbleitermaterial abgeschieden wird. Beispielsweise können (s. deutsche Auslegeschrift 1061593) in einem Reaktionsgefäß zwei oder mehr stabförmige Träger aus Silizium einseitig gehaltert in der Weise angeordnet sein, daß die freien Enden der Stäbe stromleitend miteinander verbunden sind und daß das gehalterte Ende jedes Stabes an einen Pol einer elektrischen Stromquelle angeschlossen ist. Die freien Enden der Stäbe können einander beispielsweise berühren oder sie können durch ein Verbindungsstück aus Reinstgraphit, insbesondere Spektralkohle, miteinander verbunden sein. Die Trägerstäbe werden dann durch Stromdurchgang erhitzt, und durch das Reaktionsgefäß wird ein Gasstrom geleitet, der z.B. aus einem Gemisch von Wasserstoff und Siliziumtetrachlorid oder Silikochloroform besteht. Die Siliziumverbindung wird an den erhitzten Trägerstäben reduziert und auf diesen als Silizium niedergeschlagen. Entsprechend dem Dickerwerden der Stäbe durch aufwachsendes Silizium muß der elektrische Strom nachgeregelt werden, damit die günstigste Temperatur für die Abscheidung erhalten bleibt.

Mit steigender Temperatur der Siliziumkörper wächst auch die Ausbeute an Halbleitermaterial, sinkt aber nach Erreichen eines Maximums wieder ab. Für ein Gasgemisch aus Silikochloroform (SiHCl₃) und Wasserstoff (H₂) liegt die günstigste Temperatur bezüglich Verlauf und Wirtschaftlichkeit bei etwa 1150° C. Man arbeitet beispielsweise mit bedeutendem Wasserstoffüberschuß (etwa 1 Mol SiHCl₃ pro 20MoI H₂) und mit einem Durchsatz von 2 m³ Reaktionsgemisch pro Stunde, wobei als Träger, auf denen das Siliziumgemisch abgeschieden wird, Siliziumstäbe von zusammen 20 bis 100 cm Länge und anfänglich 2 bis 6 mm Durchmesser verwendet werden.

Die Reaktion verläuft, teilweise über einige Zwischenstufen, etwa nach der Gleichung

SiHCl₃+ H₂ = Si+ 3 HCl.

Nach dem Massenwirkungsgesetz wird durch Erhöhen des Wasserstoffanteils der Reaktionsablauf in der gewünschten Richtung gefördert. Bei Verwendung von anderen Ausgangsstoffen für die Abscheidung

Vorrichtung zur Abscheidung reinsten Halbleitermaterials aus einem strömenden Gemisch einer
gasförmigen Verbindung, vorzugsweise eines
Halogenids, des Halbleitermaterials und eines
gasförmigen Reaktionsmittels

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:

Dr. rer. nat. Konrad Reuschel, Pretzfeld (OFr.)

des Halbleitermaterials, z. B. von SiCl₄, SiH₂Cl₂,

as SiH₃Cl, SiBr₄, SiHBr₃ oder den entsprechenden Verbindungen des Germaniums, ergibt sich eine entsprechende Reaktion.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abscheidung von Halbleitermaterial aus einem strönienden Gemisch einer gasförmigen Verbindung, vorzugsweise eines Halogenids, des Halbleitermaterials und eines gasförmigen Reaktionsmittels, insbesondere Wasserstoff, durch Reaktion, insbesondere Reduktion, auf mehreren stabförmigen, selbsttragenden, vorzugsweise durch elektrischen Strom direkt beheizten Trägern aus demselben Halbleitermaterial innerhalb eines Gefäßes. Erfindungsgemäß ist sie dadurch gekennzeichnet, daß die größten gegenseitigen Abstände der stabförmigen Träger kleiner sind als die kleinsten Abstände der Träger von den Wänden des Gefäßes. Vorzugsweise sind die gegenseitigen Abstände der Träger mindestens etwa um den Faktor 2 kleiner als die Abstände der Träger von den Wänden.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Abscheidungsvorrichtung läßt sich eine erheblich größere Abscheidungsrate als bei den bisher bekannten Vorrichtungen erzielen.
An Hand eines Ausführungsbeispiels, aus dem weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung hervorgehen, soll die Erfindung näher erläutert werden.

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F i g. 1 zeigt im Längsschnitt eine Vorrichtung, die gemäß der Erfindung aufgebaut ist;

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch diese Vorrichtung längs der Linie H-II.

In der Vorrichtung gemäß Fig. 1 sind zwei Trägerstäbe 2 und 3, die beispielsweise aus Silizium bestehen können, durch ein Verbindungsstück 4 an ihrem oberen Ende stromleitend miteinander verbunden. Das Verbindungsstück 4 kann beispielsweise aus Spektralkohle oder ebenfalls aus. Silizium be- ίο stehen. Mit ihren unteren Enden sind die beiden Trägerstäbe 2 und 3 in Halterungen 5 und 6 befestigt, welche gleichzeitig als Stromzuführungen von einer Stromquelle 7 dienen. Die Stromquelle 7 kann in bekannter Weise, beispielsweise gemäß der vorgenannten deutschen Auslegeschrift 1061593, aufgebaut sein und somit eine entsprechende Regelung des Stromes bzw. der Spannung gestatten.

Das Gefäß, welches die Trägerstäbe umschließt, besteht aus einem im wesentlichen zylindrischen Gefäß 8, das beispielsweise aus Quarz bestehen kann, und einem Bodenteil % welches mit dem Gefäßteil 8 verbunden ist.

Die Stromzuführungen 5 und 6 sind durch das Bodenteil 9 hindurchgeführt, wobei die eine Stromzuführung mit dem Bodenteil, welches aus Metall bestehen kann, galvanisch verbunden und geerdet sein kann, während die andere Stromzuführung, im dargestellten Beispiel die Stromzuführung 6, isoliert durch das Bodenteil 9 hindurchgeführt ist.

Zweckmäßigerweise wird das Bodenteil 9 gekühlt. Pfeile k deuten die Zu- und Abflußrichtung des Kühlmittels, beispielsweise von Wasser oder einem gasförmigen Kühlmittel, an.

Das Reaktionsgas wird dem Reaktionsraum durch ein Rohr 10 zugeführt, dessen in den Reaktionsraum mündendes Ende in Form einer Düse ausgebildet ist. Die Abgase werden durch ein weiteres Rohr 11, welches einen größeren Durchmesser aufweist, abgeführt. Pfeile g zeigen die Richtung der strömenden Gas& an.

Zweckmäßigerweise wird das Rohr 10, welches, zur Zuführung der Reaktionsgase dient, eine gewisse Strecke innerhalb des Rohres 11 geführt. Die Reaktionsgase werden hierdurch bereits vor dem Eintritt in das Reaktionsgefäß durch die abströmenden Abgase vorgewärmt. Hierdurch kann die Energiezufuhr verringert werden.

Als Beispiel für derartige Anordnungen seien folgende Zahlenwerte genannt:

Bei einem Abstand α der beiden nahezu parallel zueinander geführten Trägerstäbe 2 und 3 von etwa mm und einem Durchmesser D des in seinem Großteil zylindrischen Gefäßes 8 von etwa 75 mm beträgt die höchstmögliche Abscheidungsrate etwa g Silizium pro Stunde. Bei dem gleichgroßen Abstand α und einem Durchmesser D von 145 mm beträgt sie 70 g Silizium pro Stunde. Bei dem gleich großen Abstand α von 30 mm und einem Durchmesser von 195 mm beträgt die höchstmögliche Abscheidungsrate 125 g Silizium pro Stunde. Selbstverständlich muß mit steigender Abscheidungsrate auch der Durchsatz der Reaktionsgase gesteigert werden. Versucht man, die Abscheidungsrate über die oben angegebenen Werte hinaus zu erhöhen, so findet die Abscheidung nicht nur auf den Stäben, sondern auch an anderen Teilen der Anlage statt.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Abscheidung von Halbleitermaterial aus einem strömenden Gemisch einer gasförmigen Verbindung, vorzugsweise eines Halogenids, des Halbleitermaterials und eines gasförmigen Reaktionsmittels, insbesondere Wasserstoff, durch Reaktion, insbesondere Reduktion, auf mehreren stabförmigen, selbsttragenden, vorzugsweise durch elektrischen Strom direkt beheizten Trägern aus demselben Halbleitermaterial innerhalb eines Gefäßes, dadurch gekennzeichnet, daß der größe gegenseitige Abstand der stabförmigen Träger kleiner ist als die kleinsten Abstände der Träger von den. Wänden des Gefäßes.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gegenseitige Abstand detf Träger im Durchschnitt mindestens um den Faktor 2 kleiner ist als die durchschnittlichen Ab> stände der Träger von den Wänden des Gefäßes.,

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1061593.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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