DE2321186A1

DE2321186A1 - Verfahren zum herstellen einer anordnung aus silicium oder siliciumcarbid fuer diffusionsprozesse

Info

Publication number: DE2321186A1
Application number: DE19732321186
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Chem Dr Dietze; Andreas Kasper; Ulrich Rucha
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1973-04-26
Filing date: 1973-04-26
Publication date: 1974-11-21
Also published as: DE2321186C3; DE2321186B2; BE814247A; IT1010053B; JPS5015478A; JPS5433835B2

Description

Verfahren zum Herstellen einer Anordnung aus Silicium oder Siliciumcarbid für Diffusionsxrozesse Die vorliegende Patentanmeldung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Anordnung aus Silicium oder Siliciumcarbid für Diffusions- oder Temperprozesse von Halbleiterkristallscheiben, insbesondere aus Silicium, durch thermische Zersetzung einer gasförzigen Verbindung von Silicium oder Siliciumcarbid und Niederschlagen des Materials auf einem beheizten Trägerkörper aus Graphit, wobei der Trägerkörper ohne Zerstörung der niedergeschlagenen Schicht anschließend entfernt wird.
Aus der DU-OS 1 933 128.3 (= VPA 69/2585) ist eine Anordnung zum Eindiffundieren von Dotierungsstoffen in ein Halbleitermaterial in Form einer Ampulle aus kristallinem gasdichter Halbleitermaterial bekannt, welche durch Abscheidung des Halbleitermaterials aus der Gasphase auf einem beheizten Trägerkörper erzeugt wird, nachdem der Trägerkörper entfernt wird. In dieser Ampulle können Halbleiterkristallscheiben Diffusions-und/oder Temperprozessen in hochreiner Atmosphäre auch bei höheren Temperaturen unterworfen werden. Die Kristallscheiben werden dabei in das Rohr gestapelt und durch zwei Stützscheiben aus dem gleichen Halbleitermaterial in ihrer Lage gehalten.
Ftir die Aufnahme und anschließende Diffusion von gestapelten Siliciumscheiben werden auch einseitig geschlossene Siliciumrohre verwendet, die durch Abscheidung aus der Gasphase hergestellt sind. Solche Rohre werden beispielsweise nach dem in der DT-OS 2-i25 085.1 (= VFA 71/1075) beschriebenen Verfahren hergestellt, wobei der rohrförmige Trägerkörper mittels eines in ihm befindlichen Graphitstabes auf die Abscheidungstemperatur aufgeheizt wird. Beim Aufheizen mit vorgegebenem Strom stellt sich dann über die Länge des Trägerkörpers ein bestimmtes geeignete Temperaturprofil ein. Ein solches Verfahren ist aber nicht sinnvoll durchführbar für die Herstellung von Siliciumrohren mit kleinem Innendurchmesser, das heißt kleiner- als 20 mm.
Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, besteht in der Herstellung von Diffusionsrohren bezier,unGsweise -gefäßen, in denen die Möglichkeit einer Stapelung von Siliciumkristallscheiben mit relativ kleinen Durchmessern (kleiner als 20 mm) ~gegeben ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Trägerkörper ein mit mindestens einer ringförmigen Einbuchtung versehener Graphitstab oder -rohr verwendet wird, daß die Ab-Abscheidung des Materials aus der Gasphase unter Anwendung eines Gasgemisches mit einem relativ hohen Gehalt an einer Siliciumverbindung durchgeführt wird, daß das mit mindestens einer Einbuchtung versehene Silicium- oder Siliciumcarbidrohr in der Mitte der Einbuchtung durchgetrennt und vom Graphitträgerkorper gelöst wird.
Auf diese Weise erhält man eine Anordnung zur Aufnahme von Siliciumkristallscheiben für Diffusions- oder Temperprozesse, welche aus einem Silicium- oder Siliciumcarbidrohr besteht, das eine einseitige Rohrverengung aufweist.
In einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, daß bei der Abscheidung ein Gasgemisch, beispielsweise aus Silicochloroform und Wasserstoff, mit einem Molverhältnis Silicochloroform /Wasserstoff von mindestens 0,2 verwendet wird.
Durch die Wahl des Molverhältnisses größer als.O,2 wird auch bei Temperaturdifferenzen größer als 50 0C längs des Graphitträgerkörpers noch eine gleichmäßige Materialabscheidung gewshrleistet.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß ein Graphitträgerkörper verwendet wird, dessen Einbuchtungen) so geformt ist (sind), daß das Verhältnis der Breite zur Tiefe der Einbuchtung(en) mindestens 2 : 1 ist. Die Einbuchtung darf nämlich nicht zu tief sein, damit der leitende Graphitquerschnitt nicht zu stark reduziert wird, weil daraus eine starke Temperaturerhöhung an dieser Stelle folgt. Außerdem soll die Einbuchtung auch ziemlich flach verlaufen, um eine ungehinderte Abscheidung an dieser Stelle zu ermöglichen.
Gemäß einem besonders günstigen Ausführungsbeispiel nach der Lehre der Erfindung wird der Graphitträgerkörper durch direkte Beheizung auf die Abscheidetemperatur gebracht.
Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels und der in der Zeichnung befindlichen Fig. 1 - 3 näher erläutert: Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur Herstellung von zwei mit Jeweils einer Einbuchtung versehenen Siliciumrohren; Fig. 2 zeigt einen für die Herstellung verwendeten Trägerkörper; Fig. 3 zeigt eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Diffusionsanordnung mit gestapelten Siliciumkristallscheiben.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung besteht aus einer Bodenplatte 1 aus Silber, die mit einer Glocke 2 aus Quarz gasdicht verbunden ist. Im Innern dieses aus der Silbergrundplatte 1 und der Quarzglocke 2 gebildeten Reaktionsraums befinden sich zwei vertikal angeordnete rohrförmige Trägerkörper 3 und 4 aus Graphit, die über Graphitteile 5 und 6 mit Elektroden 7 und 8 aus Silber verbunden sind. Diese Elektroden sind an eine Spannungsquelle 9 angeschlossen und über Teflondurchführungen 10 und 11 durch die Silberplatte 1 hindurchgefuhrt. Die rohrförmigen Graphitträgerkörper 3 und 4 sind an ihren oberen inden mit einer leitenden Brücke 12 aus Graphit verbunden. Die Graphitträgerkörper weisen an den mit 13 und 14 bezeichneten Stellen ringförmige Einbuchtungen auf.
Zur Abscheidung der die Diffusionsrohre bildenden Siliciumschichten 17 und 18 wird ein Gemisch aus Silicochloroform (SiHC13) und Wasserstoff im Molverhältnis von 0,25 durch die in der Bodenplatte 1 angebrachten Rohre 19 in den Reaktionsraum geleitet und dort an den auf ca. 1100 °C erhitzten Trägerkörpern 3 und 4 zersetzt, wobei sich Silicium (17, 18) an den mit den Einbuchtungen 13 und 14 versehenen Rohrwänden (3 und 4) abscheidet. Die Rohre 19 werden von weiteren Rohren 20 umgeben, durch welche die Restgase den Reaktionsraum verlassen.
Entsprechend den in den Graphitträgerkörpern 3 und 4 angebrachten Einbuchtungen 13 und 14 bilden sich auch bei der Abscheidung der Siliciumrohre 17 und 18 Einbuchtungen 21 und 22 aus.
In Fig. 2 ist der verwendete Trägerkörper 3, welcher mit der Einbuchtung 13 im Bereich gestrichelt versehen ist, vergrößert dargestellt. Dabei ist die besonders günstige Form der Einbuchtung deutlich ersichtlich.
Die Pig. 3 zeigt eine Anordnung, wie sie erhalten wird, wenn die in der in der Fig. 1 dargestellten Vorrichtung hergestellten fertigen Siliciumrohre 17 und 18 in der Mitte der Einbuchtungen 13 und 14 durchgetrennt und von den Graphitträgerkörpern 3 und 4 gelöst werden. Es ergeben sich dann aus jedem Siliciumrohr zwei einseitig verengte Siliciumrohre, in welche für Temperungs- und Diffusionszwecke Siliciumeinkristallscheiben mit größerem Durchmesser als die Verengung stapelweise eingefüllt werden können. In Fig. 3 ist das Siliciumrohr mit der einseitigen Verengung 23 mit dem Bezugszeichen 24 bezeichnet. Die eingestapelten Siliciumkristallscheiben 25 Werden durch Stützteile 26 aus Silicium während der Diffusions- und Temperprozesse in ihrer Lage gehalten.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich gleichzeitig nicht nur vier verengte Siliciumrohre - wie in Fig. 1 abgebildet - herstellen, sondern bei Anwendung von Trägerkörpern mit mehreren Einbuchtungen auch jeweils die doppelte Anzahl von Rohren.
5 Patentansprüche 3 Figuren

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Verfahren zum Herstellen einer Anordnung aus Silicium oder Siliciumcarbid für Diffusions- oder Temperprozesse von Halbleiterkristallscheiben, insbesondere aus Silicium, durch thermische Zersetzung einer gasförmigen Verbindung von Silicium oder Siliciumcarbid und Niederschlagen des Materials auf einem beheizten Trägerkörper aus Graphit, wobei der Trägerkörper ohne Zerstörung der niedergeschlagenen Schicht anschließend entfernt id, wird, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß als Trägerkörper ein mit mindestens einer ringförmigen Einbuchtung versehener Graphitstab oder -rohr verwendet wird, daß die Abscheidung des Materials aus der Gasphase unter Anwendung eines Gasgemisches mit einem relativ hohen Gehalt an einer Siliciumverbindung durchgeführt wird, daß das mit mindestens einer Einbuchtung versehene Silicium- oder Siliciumcarbidrohr in der Mitte der Einbuchtung durchgetrennt und vom Graphitträgerkörper gelöst wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß bei der Abscheidung ein Gasgemisch mit einem Molverhältnis Siliciumverbindung/Wasserstoff von mindestens 0,2 verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 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 ein Graphitträgerkörper verwendet wird, dessen Einbuchtung(en) so geformt ist (sind), daß das Verhältnis der Breite zur Tiefe der Einbuchtung(en) mindestens 2 : 1 ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1 - 3, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Trägerkörper durch direkte Beheizung auf die Abscheidetemperatur erhitzt wird.
5. Anordnung zur Aufnahme von gestapelten Siliciumkristallscheiben für Diffusions- und/oder Temperprozesse, hergestellt nach dem Verfahren nach Anspruch 1 - 4, g e -k e n n z e i c h n e t d u r c h ein Silicium- oder Siliciumcarbidrohr mit einer einseitigen Rohrverengung.

L e e r s e i t e