DE4424929C2 - Halterung für Trägerkörper in einer Vorrichtung zur Abscheidung von Halbleitermaterial - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung sind Halterungen für Trägerkörper in einer Vorrichtung zur Abscheidung von Halbleitermaterial auf aufgeheizte Trägerkörper und eine bevorzugte Verwendung derartiger Halterungen.

Vorrichtungen zur Abscheidung von Halbleitermaterial auf aufgeheizte Trägerkörper sind seit langem bekannt. Exempla­ risch sei hierzu auf die Patentschrift US-4,173,944 und die Offenlegungsschrift DE 28 54 707 verwie­ sen. In der gebräuchlichsten Ausführungsform bestehen solche Vorrichtungen im wesentlichen aus einer metallischen Grund­ platte und einer kühlbaren Glocke, die auf die Grundplatte gesetzt ist, so daß ein geschlossener Reaktionsraum im Inne­ ren der Glocke entsteht. Die Abscheidevorrichtung muß gas­ dicht und druckfest verschließbar sein, da die Abscheidung gewöhnlich unter Druckanwendung ausgeführt wird und die Ab­ scheidegase korrosiv wirken und im Gemisch mit Luft zur Selbstentzündung neigen. Die Grundplatte ist mit Halterungen versehen, mit deren Hilfe die Trägerkörper im Reaktionsraum gehalten werden. Als Trägerkörper dienen üblicherweise Stä­ be, die durch direkten Stromdurchgang auf die notwendige Ab­ scheidetemperatur aufgeheizt werden. Zweckmäßigerweise sind zwei benachbarte Stäbe an ihren freien, den gehaltenen Fußenden gegenüberliegenden Enden durch eine Brücke zu einem U-förmigen Trägerkörper verbunden. Die Zuführung des elek­ trischen Stroms erfolgt durch das den U-förmigen Trägerkör­ per haltende Halterungspaar.

Zu einer Halterung gehört eine Stromdurchführung, die durch die Grundplatte führt und die außerhalb der Abscheidevor­ richtung an eine Stromquelle angeschlossen ist. Innerhalb der Abscheidevorrichtung ist die Stromdurchführung als Elek­ trodenfassung ausgebildet oder mit einer separaten Elektro­ denfassung fest verbunden. Auf die Elektrodenfassung ist eine Graphitelektrode aufgesetzt, die in den Reaktionsraum gerichtet ist. Die Graphitelektrode weist üblicherweise oben eine Aussparung auf, in die der Trägerkörper gesteckt wird. Die Halterungen sind so ausgestaltet, daß die gehaltenen Trägerkörper fixiert sind und nicht bewegt werden können. Die Stromdurchführung und gegebenenfalls auch die Elektro­ denfassung sind mit einem Kühlkanal ausgestattet, durch die während der Abscheidung ein Kühlmittel gepumpt wird. Damit wird verhindert, daß sich Halbleitermaterial auf der Halte­ rung des Trägerkörpers abscheidet.

Seit der Entwicklung der ersten Abscheidevorrichtungen be­ steht ein anhaltender Trend, immer großvolumigere Halblei­ terkörper durch Abscheidung von Halbleitermaterial auf auf­ geheizte Trägerkörper herzustellen. Derzeit werden mit stab­ förmigen Trägerkörpern Halbleiterstäbe erzeugt, deren Länge bis zu 3000 mm und deren Durchmesser bis zu 200 mm betragen. Bei der Herstellung großer Halbleiterkörper ist relativ häu­ fig zu beobachten, daß sie im Endstadium der Abscheidung oder während der Abkühlphase nach der Abscheidung aus den Halterungen kippen und/oder Beschädigungen im Bereich der Fußenden aufweisen. Dieses Phänomen verzögert nicht nur die Weiterbearbeitung der Halbleiterkörper zu den überwiegend in der Elektronikindustrie benötigten Produkten, sondern verur­ sacht auch einen hohen finanziellen Schaden, da gekippte Halbleiterkörper nicht mehr wie vorgesehen weiterverarbeitet werden können.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand deshalb da­ rin, Mittel bereitzustellen, die die beschriebenen Nachteile weitgehend verhindern.

Die Aufgabe wird durch eine Halterung für Trägerkörper ge­ löst, die gekennzeichnet ist durch mindestens ein Federele­ ment, das zwischen der Stromdurchführung und der Elektroden­ fassung angeordnet ist, eine Bewegung der Elektrodenfassung relativ zur Stromdurchführung gestattet und diese Bewegung abfedert.

Nachforschungen der Erfinder haben ergeben, daß letztlich Wärmespannungen für die nachteiligen Effekte verantwortlich sind. Ursache solcher Wärmespannungen sind die gekühlten Halterungen, Unterschiede im Halbleiterkörper hinsichtlich der Geschwindigkeit des Abkühlens nach der Abscheidung und bei U-förmigen Halbleiterkörpern das Schrumpfen der die Stä­ be verbindenden Brücke während der Abkühlphase.

Eine Halterung gemäß der vorliegenden Erfindung gestattet eine gewisse Eigenbewegung der Halbleiterkörper, so daß die Wärmespannungen vermindert werden. Ein weiterer Vorteil die­ ser Halterung ist, daß bereits bestehende Abscheidevorrich­ tungen mit ihr nachgerüstet werden können.

Nachfolgend wird die Erfindung mit Hilfe zweier Figuren an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel erklärt. Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Halterung, die zwei Federele­ mente aufweist. In Fig. 2 ist ein Querschnitt durch diese Halterung dargestellt, wobei entlang der in Fig. 1 gezeig­ ten Linie A-A geschnitten wurde.

Gemäß Fig. 1 führt die mit einem Kühlkanal 1 ausgestattete Stromdurchführung 2 des unteren Teils der Halterung 3 durch eine Öffnung in der Grundplatte 4 einer Abscheidevorrich­ tung. Die Stromdurchführung 2 ist durch eine Isolierung 5 gegen die Grundplatte 4 elektrisch isoliert. Die Isolierung 5 und die Stromdurchführung 2 verschließen gemeinsam gas­ dicht und druckfest die Öffnung in der Grundplatte. Im ein­ gebauten Zustand sitzt die Stromdurchführung ortsfest und unbeweglich in der Öffnung. Demgegenüber kann sich die über der Stomdurchführung 2 angeordnete und die Stromdurchführung abdeckende Elektrodenfassung 6 insbesondere in die mit einem Pfeil angegebene Richtung bewegen. Neben dieser horizontalen translatorischen Bewegung in Pfeilrichtung gestatten die Federelemente auch eine leicht kippende Bewegung der Elek­ trodenfassung. Die Elektrodenfassung 6 ist an ihrer Unter­ seite zu einem Steg 7 verlängert. Dieser Steg liegt zunächst berührend an einer ebenfalls stegartigen Verlängerung 8 der Stromzuführung 2 an (Fig. 2). Erst wenn eine Kraft die Elek­ trodenfassung in Pfeilrichtung ausgelenkt, entsteht zwischen dem zur Stromdurchführung gehörenden, ortsfesten Steg 8 und dem Steg 7 der ausgelenkten Elektrodenfassung ein Spalt mit einer Breite, die dem von der Elektrodenfassung zurückgeleg­ ten Weg entspricht. Die Bewegung der Elektrodenfassung wird gemäß der Darstellung in den Figuren durch zwei Federelemente 9, 10 ermöglicht, die zwischen der Stromdurchführung 2 und der Elektrodenfassung 6 angeordnet sind. Die Federele­ mente sind in der Richtung der Bewegung der Elektrodenfas­ sung elastisch verformbar und federn die Bewegung der Elek­ trodenfassung ab.

Gemäß der bevorzugten Ausführung der Erfindung besteht ein Federelement aus einem Paket von Blattfedern, die senkrecht zur Grundplatte 4 ausgerichtet sind. Die Federelemente 9, 10 sind an ihren Seitenkanten über die Distanzstücke 11, 12 miteinander verbunden. Eines der beiden Federelemente ist in der Mitte mit dem Steg 7, das andere mit dem Steg 8 verbun­ den. Die Verbindung der beiden Federelemente und die Verbin­ dung eines Federelements mit dem benachbarten Steg kann über Nieten 13 erfolgen oder beispielsweise auch geschraubt oder geschweißt sein. Die die Federelemente berührenden Seiten­ flächen der Stege sind vorzugsweise, wie in Fig. 2 darge­ stellt, leicht gerundet ausgestaltet, damit sich die Blatt­ federn bei der horizontalen translatorischen Bewegung der Elektrodenfassung an diese Flächen anschmiegen können.

Die Graphitelektrode 14 ist als Bestandteil der Halterung 3 in an sich bekannter Weise mit der der Grundplatte 4 gegen­ überliegenden Seite der Elektrodenfassung verbunden. Der Trägerkörper 15 ist in einer Aussparung 16 der konisch zu­ laufenden Spitze der Graphitelektrode 14 gesteckt. Die auf die Elektrodenfassung wirkende Gewichtskraft kann über die Federelemente oder direkt auf die Stromdurchführung abge­ stützt sein. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht mindestens ein Gleitlager 17, beispielsweise einen Gleitstein aus Graphit, vor, der das Gewicht des Trägerkör­ pers abstützt.

Obwohl in den Figuren eine Halterung mit zwei Federelementen gezeigt ist, die spiegelsymmetrisch angeordnet sind, reicht bereits ein einziges der Federelemente aus, um die beabsich­ tigte Bewegungsmöglichkeit der Elektrodenhalterung zu schaf­ fen. Bei einer Halterung mit nur einem Federelement nimmt ein entsprechend verbreiterter, zur Elektrodenfassung oder zur Stromdurchführung gehörender Steg den Platz des zweiten Federelements ein.

Die Halterung muß elektrischen Strom und Wärme gut lei­ ten können und darüber hinaus korrosionsfest sein. Es ist deshalb besonders bevorzugt, die Stromdurchführung, die Elektrodenhalterung, die Federelemente und die sie verbin­ denden Befestigungsmittel aus Silber zu fertigen oder zumin­ dest mit Silber zu beschichten.

In einem Paar von Halterungen, in denen die Fußenden eines U-förmigen Trägerkörpers gehalten werden, sollte mindestens eine der Halterungen eine Halterung vom erfindungsgemäßen Typ sein. Die Anordnung der Halterung auf der Grundplatte der Abscheideanlage erfolgt so, daß die horizontale transla­ torische Bewegung der Elektrodenfassung in Richtung zur zweiten Halterung des Paars erfolgen kann. Verkürzt sich am Ende der Abscheidung oder während der Abkühlphase in Folge von auftretenden Wärmespannungen der Abstand der Fußenden des hergestellten Halbleiterkörpers, setzt die bewegliche Halterung der Verkürzungsbewegung keinen schadenbringenden Widerstand entgegen. Hingegen würde, besonders bei großen Halbleiterkörpern, die Verwendung zweier starrer Halterungen mit einiger Wahrscheinlichkeit zum Kippen des Halbleiterkör­ pers und/oder zur Beschädigung des Halbleiterkörpers im Be­ reich der Fußenden führen.

Claims (5)

1. Halterung für Trägerkörper in einer Vorrichtung zur Ab­ scheidung von Halbleitermaterial auf aufgeheizte Träger­ körper, mit einer durch die Grundplatte der Abscheide­ vorrichtung geführten, ortsfesten Stromdurchführung und einer Elektrodenfassung mit einer Unterseite, die über der Stromdurchführung angeordnet ist, und einer Obersei­ te, die mit einer Graphitelektrode verbunden ist, in die ein Trägerkörper gesteckt werden kann, gekennzeichnet durch mindestens ein Federelement, das zwischen der Stromdurchführung und der Elektrodenfassung angeordnet ist, eine Bewegung der Elektrodenfassung re­ lativ zur Stromdurchführung gestattet und diese Bewegung abfedert.

2. Halterung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Federelement, das aus Blattfedern besteht, die zu einem Paket zusammengefaßt und senkrecht zur Grundplatte aus­ gerichtetet sind.

3. Halterung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, gekennzeich­ net durch ein spiegelsymmetrisch zum Federelement an­ geordnetes und mit diesem über Distanzstücke verbunde­ nes, weiteres Federelement.

4. Halterung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeich­ net durch ein Gleitlager, das das Gewicht des Trägerkör­ pers abstützt.

5. Verwendung mindestens einer Halterung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 in einem Paar von Halterungen, die in einer Vorrichtung zur Abscheidung von Halbleitermaterial auf aufgeheizte Trägerkörper die beiden Fußenden eines U-förmigen Trägerkörpers halten, wobei die Halterung so ausgerichtet ist, daß eine Bewegung der Elektrodenfas­ sung in Richtung zur zweiten Halterung des Paars erfol­ gen kann.