DE2050076C3 - Vorrichtung zum Herstellen von Rohren aus Halbleitermaterial - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen von Rohren aus Halbleitermaterial, insbesondere Silicium oder Germanium, mit einer hitzebeständigen mit Zu- und Ableitung für das Reaktionsgas versehenen Bodenplatte, auf der eine Quarzglocke hermetisch-dicht aufsitzt, innerhalb der mindestens zwei vertikale Träger aus Kohlenstoff an ihren unteren Enden von je einer Elektrode gehaltert und an ihren oberen Enden durch eine elektrisch leitende Brücke miteinander verbunden sind.

Diese Anordnung entspricht der in der DE-AS 1139812 beschriebenen Anordnung zur Herstellung von Halbleiterstäben, insbesondere aus hochreinem Silicium, bei der stabförmige Ausgangsträger aus polykristallinem oder einkristallinem Silicium in ähnlicher Weise wie die Träger bei den erfindungsgemäßen Verfahren in einem Reaktionsgefäß angeordnet und durch den über die besagten Elektroden zugeführten elektrischen Strom, insbesondere Wechselstrom, auf die für die Abscheidung erforderliche hohe Temperatur aufgeheizt werden. Jedoch verlangt eine erfolgreiche Herstellung von Rohren als Halbleitermaterial weitere Maßnahmen, welche die zerstörungsfreie Entfernung der Träger von der das Rohr bildenden, insbesondere polykristallinen Halbleiterschicht ermöglichen, die bei der Abscheidung für die Herstellung von stabförmigen Halbleiterkristallen nicht üblich sind.

Eine weitere Schwierigkeit, die beim Abscheiden von Silicium auf einen Kohlenstoffträger notwendigerweise auftritt, ist die Bildung von Siliciumkarbid. Die Siliciumkarbidbildung scheint insbesondere bei Siliciumrohren größerer Wandstärke, wie sie bei den neuen Rohren großer Durchmesser notwendig werden, unvermeidbar. Durch die Kühlung der Kohlenstoffträgerrohre wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe in technisch vorteilhafter Weise gelöst.

Ein Zwischenfügen einer Trennschicht aus andersartigem Material, wie es beispielsweise in der deutschen Auslegeschrift 1109142 beschrieben ist, verkompliziert das Verfahren in unnötiger Weise, weil sich auch bei andersartigem Material bei den üblich hohen Abscheidetemperaturen Legierungsbildungen mit Silicium nicht ausschließen lassen.

Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß mindestens ein Träger rohrförmig ausgebildet ist und mit einer, mit einem Kühlmittelanschluß versehenen Bohrung in der Elektrode in Verbindung steht, und daß die Brücke oder der Träger mindestens eine Bohrung für den Durchtritt des Kühlmittels aufweist.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung besteht aus

ίο einer Bodenplatte 1 aus Quarz oder einem hitzebeständigen inertenMetall, die mit einer Glocke 2 aus Quarz hermetisch verbunden ist. Im Innern dieses aus den Teilen 1 und 2 gebildeten Reaktionsraums befinden sich zwei vertikale,, rohrförmige Träger 3, die in entsprechende Bohrungen 4 der sie halternden Elektrode 5 mit ihren Enden eingesteckt sind. Die Elektroden stehen mit den Zuleitungen 11 in leitender Verbindung. Die Zuleitungen 11 sind durch die Bodenplatte 1 des Reaktionsgefäßes gegeneinander isoliert hindurchgeführt.

Die vertikalen rohrförmigen Träger 3 sind an ihren oberen Enden mit einer leitenden Brücke 6 - vorzugsweise aus dem gleichen Material wie die Träger 3 - miteinander verbunden, indem ihre oberen Enden in Bohrungen 7 der Brücke 6 eingesteckt sind. Durch entsprechende geometrische Anpassung ist ein einwandfreier elektrischer Kontakt gesichert. Die Bohrungen f verjüngen sich etwas nach oben, die Bohrungen 4 etwas nach unten, so daß die rohrförmigen

Träger 3 in den Elektroden 5 und in der Brücke 6 auf Anschlag sitzen. Das Innere der Rohre 3 ist über die Bohrungen 7 zum Reaktionsraum hin offen, so daß das über je eine durch den Boden 1 des Reaktionsgefäßes hindurchgeführte Zuleitung 8 und die Durchbohrungen 4 in den Elektroden 5 ein in die rohrförmigen Träger 3 einströmendes, in diesem Fall gasförmiges Kühlmittel in den Reaktionsraum gelangt. Das Kühlmittel ist in diesem Fall entweder wie Wasserstoff - an der Reaktion als Reduktionsmittel unmittelbar beteiligt, oder übt - wie ein inertes Gas, ζ. B. Argon oder Stickstoff - lediglich die Funktion eines Verdünnungsmittels für die aktiven Komponenten der Reaktionsgase aus.

Diese Reaktionsgase - z. B. im Fall von Silicium ein Gemisch aus SiHCI₃ oder SiCl₄ und Wasserstoff, gegebenenfalls mit einem gasförmigen Dotierungsmittel - werden durch eine zentral im Boden 1 des Reaktionsgefäßes vorgesehene Zuleitung 9 in den Reaktionsraum eingelassen. Konzentrisch hierzu ist das Ableitungsrohr 10 für das verbrauchte Gas angeordnet. Die Zuleitung 9 ragt dabei etwas weiter als die sie konzentrisch umgebende Ableitung 10 in das Innere des Reaktionsgefäßes und befindet sich genau zwischen den beiden rohrförmigen Trägern 3. Das frische Reaktionsgas muß bei dieser Anordnung mit entsprechend hohem Druck eingelassen werden, so daß sich ein deutlicher Strahl im Reaktionsraum ausbildet.

Die Abscheidung erfolgt in üblicher Weise. Es bil-

bo den sich dann an den äußeren Mantelflächen der rohrförmigen Träger 3 Halbleiterschichten 12, zum Beispiel aus Silicium, Germanium, SiC oder A_|nB_v-Verbindung aus, die sich nach dem Erkalten der Anordnung mühelos von den rohrförmigen Trägern 3

b5 abziehen lassen.

Dabei ist es jedoch wichtig, daß die Temperatur an der Außenseite der Träger 3, in folgenden Fällen, folgende Temperatur unter 1250° C nicht übersteigt,

da sonst der Kohlenstoffträger mit dem Halbleiter reagiert und die Rohre sich nicht mehr leicht vom Kohlenstoffträger abziehen lassen. Diese Temperaturen sind:
1250° C bei Silicium

900° C bei Germanium
1150° C bei Ga As
1300° C bei SiC

850° C bei In Sb

Die Träger 3, die Brücke 6 sowie die Elektroden 5 bestehen zweckmäßig aus der gleichen Graphitsorte, die Durchführungen 8, 9 und 10 und 11 durch die Bodenplatte zweckmäßig aus einem widestandsfähigen Metall. Die stromführenden Teile müssen dabei durch entsprechende Isolierschicht gegeneinander elektrisch isoliert sein.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung ist ebenfalls eine Bodenplatte 1 und eine mit dieser hermetisch verbundene Quarzglocke 2 vorgesehen, die zusammen den Reaktionsraum bilden. An zentraler Stelle ist durch den Boden 1 ein System von zueinander konzentrischen, elektrischen Durchführungen 13 und 14 hermetisch und gegeneinander elektrisch isoliert hindurchgeführt. Dabei ist auch die innere Elektrode 13 rohrförmig ausgebildet. Beide Elektroden sind an ihren oberen Stirnflächen im Innern des Reaktionsgefäßes profiliert. Mit Hilfe dieser Profilierung und einer entsprechenden hierzu negativen Profilierung an unteren Stirnflächen der beiden aus Graphit bestehenden Träger 15 und 16, sind diese auf die Elektroden 13 und 14 aus Kohlenstoff aufgesetzt. Das Kühlmittel fließt nicht nur im Raum zwischen den Trägern 15 und 16, sondern auch im Innern des Trägers 15. Dabei setzt sich der innere rohrförmige Träger 15 unmittelbar in die durch das Innere der rohrförmigen Elektrode 13 gebildete Ableitung 10 für das Kühlmittel fort. Nahe seinem oberen Ende ist die Wand des inneren Trägers mit Bohrungen 17 versehen, so daß eine durchgehende Verbindung zum Raum zwischen den beiden Trägern 15 und 16 geschaffen ist. Dieser Zwischenraum wird durch zwei oder mehrere, symmetrisch zum inneren Träger 15 angeordnete Zuführungen 8 mit frischem Kühlmittel versorgt. Das Kühlmittel betritt also an der Stelle 8 das System der beiden Träger 15 und 16 und verläßt es an der Stelle 10.

Die oberen Enden beider Träger 15 und 16 sind in entsprechende Ausnehmungen der sie verbindenden Brücke 18 eingepaßt. Diese Brücke ist scheibenförmig und schließt das Innere des inneren Trägers 15 und den zwischen den beiden Trägern 15 und 16 gebildeten Zwischenraum gegen den eigentlichen Reaktionsraum außerhalb des Trägers 16 und das in ihm befindliche Reaktionsgas ab.

Wenn der Querschnitt der Verbindungsbrücke 18 zwischen den Trägern so groß ist, daß die Erwärmung dieser Brücke für die Abscheidung nicht ausreicht, so entsteht ein beiderseits offenes Rohr 12, wie das in Fig. 1 dargestellt ist. Andernfalls erhält man - vergleiche Fig. 2 - einen rohrförmigen Becher 12.

Es empfiehlt sich, wenn nicht nur die zu beschichtenden Träger 3 und 16, sondern auch die Verbindungsbrücken 6 und 18 der Träger 15 und die Elektroden 4 aus Kohlenstoff, z. B. Graphit, bestehen. Sie werden dann durch Vorsprünge und Vertiefungen aneinander und in deren Halterungen befestigt.

Die bei sinngemäßer Benützung der erfindungsgemäßen Anordnung erhaltenen rohrförmigen Körper dienen vor allem als Behandlungsgefäß für die Herstellung von Halbleiterbauelementen. Zu diesem Zweck werden die Rohre mit Halbleiterscheiben bestückt, die dann in einem zweiten, nach außen abgeschlossenen Behandlungsgefäß angeordnet werden. In diesem zweiton Behandlungsgefäß wird die für die jeweilige Behandlung der Halbleiterscheiben erforderliche Atmosphäre erzeugt. Außerdem wird das aus dem Halbleitermaterial bestehende Behandlungsrohr, zum Beispiel induktiv oder durch Stromdurchgang, erhitzt.

Will man z. B. Halbleitcrschichten auf einkristalline Halbleiterscheiben epitaktisch niederschlagen, so kann z. B. das Rohr als Quelle bei einer Transportreaktion dienen. Sie gibt Halbleitermaterial an ein für diesen Zweck bekanntes transportierendes Gas ab, so daß sich eine gasförmige Verbindung bildet. Diese zersetzt sich unter Abscheidung des Halbleiters an der Oberfläche der etwas kälteren Halbleiterscheiben.

Besonders wichtig ist auch die Verwendung der Rohre als Behandlungsgefäß für Dotierungszwecke. Infolge entsprechend hoher Dotierung des die zu dotierenden Halbleiterscheiben enthaltenden Rohres, dampft der Dotierungsstoff bei entsprechender Erwärmung bevorzugt ab und erzeugt im Rohrinneren, das heißt am Ort der zu dotierenden Halbleiterscheiben, die gewünschte dotierende Atmosphäre.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorrichtung zum Herstellen von Rohren aus Halbleitermaterial, insbesondere Silicium oder Germanium, mit einer hitzebeständigen mit Zu- und Ableitung für das Rsaktionsgas versehenen Bodenplatte, auf der eine Quarzglocke hermetisch-dicht aufsitzt, innerhalb der mindestens zwei vertikale Träger aus Kohlenstoff an ihren unteren Enden von je einer Elektrode gehaltert und an ihren oberen Enden durch eine elektriscn leitende Brücke miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Träger rohrförmig ausgebildet ist und mit einer, mit einem Kühlmittelanschluß versehenen Bohrung in der Elektrode in Verbindung steht, und daß die Brücke oder die Träger mindestens eine Bohrung (7 bzw. 17) für den Durchtritt des Kühlmittels aufweist (aufweisen).