DE2117933A1

DE2117933A1 - Verfahren zum Herstellen von Hohlkörpern aus Halbleitermaterial von beliebiger Länge

Info

Publication number: DE2117933A1
Application number: DE19712117933
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr. 8551 Pretzfeld Keller
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-04-14
Filing date: 1971-04-14
Publication date: 1972-10-19
Also published as: FR2133623A1; IT953298B; NL7202181A; FR2133623B1; GB1347369A; US3748169A; CA970256A; BE782171A

Description

SIEIiIENS AKTIENGESELLSCHAFT München 2, H. APR 1971 Berlin und München Witteisbacherplatz 2

VPA 7J/1057

Verfahren zum Herstellen von Hohlkörpern aus Halbleitermaterial von beliebiger Länge

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Hohlkörpern aus Halbleitermaterial von beliebiger Länge durch thermische Zersetzung einer das Halbleitermaterial enthaltenden gasförmigen Verbindung und Abscheiden des Halbleitermaterials auf im Reaktionsraum angeordnete Trägerkörper .

Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern, insbesondere Rohren, aus Halbleitermaterial sind bekannt. So ist beispielsweise aus der deutschen Patentschrift 1 o61 593 bekannt, einen Siliciumstab durch thermische Zersetzung einer Silicium enthaltenden Verbindung und Abscheiden auf einem aus Silicium bestehenden Trägerkörper herzustellen und diesen so gefertigten Siliciumstab mit mechanischen Mitteln auszubohren; dies bedeutet aber einen großen Materialverlust»

Gemäß einem anderen in der deutschen Offenlegungsschrift 1 8o5 97o (VPA 68/1635) beschriebenen Verfahren geht man bei der Herstellung eines aus Halbleitermaterial bestehenden Hohlkörpers so vor, daß ein Trägerkörper aus einem hitzebeständigen Material, z. B. aus Graphit, Tantal, Molybdän oder Keramik, als Ausgangsträgerkörper verwendet wird, daß auf der Außenfläche eines solchen Trägerkörpers durch thermische Zersetzung aus einer gasförmigen Halbleiterverbindung Halbleitermaterial, abgejschieden wird und daß

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abschließend der aus fremdem Material bestehende Trägerkörper ohne Zerstörung -der aufgebrachten HalbleiterVchicht ' mechanisch und/oder chemisch entfernt wird. Mit diesem Verfahren ist es möglich, an zwei gegenüberliegenden Seiten offene Hohlkörper, z. B. Rohre, aus Silicium herzustellen. Solche Siliciumrohre finden Verwendung als Diffusionsräume für Gas- und Festkörperdiffusionen in Halbleiterkristallen und sind wegen ihrer Reinheit, Temperaturkonstanz und Temperaturfestigkeit, den herkömmdichen Diffusionsrohren aus Quarz, Graphit oder Keramik vorzuziehen.

Die nach der deutschen Offenlegungsschrift 1 8o5 9-7 ο hergestellten Rohre sind aber in ihrer Länge durch die Lange der Vorrichtung, in der sie gefertigt werden, begrenzt. Für Diffusionen von beispielsweise großflächigen Bauelementen, deren Platzbedarf im Diffusionsraum sehr groß ist, oder für höhere Stückzahlen an zu diffundierenden Kristallen genügen diese Rohre nicht mehr und man ist wieder auf die herkömmlichen, mit allen Nachteilen des Einschleppens von Verunreinigungen behafteten Rohre aus Quarz und dergleichen angewiesen. ·

Die vorliegende Erfindung soll hier Abhilfe schaffen und _tdient zur Lösung der Aufgabe, Hohlkörper aus Halbleitermaterial, insbesondere Siliciumrohre, mit beliebiger Länge herzustellen, wobei die Gefahr des Einschleppens von Verunreinigungen bei den nachfolgenden Diffusionsprozessen, sei es durch einen bei der Herstellung verwendeten Trägerkörper oder durch äußere Einflüsse, möglichst gering" gehalten wird. ,

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Zur Lösung dieser Aufgabe wird deshalb erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß als Trägerkörper ein korrosionsfester, durch ein hochfrequentes Wechselfeld aufheizbarer, mindestens an einer Seite offener Hohlkörper verwendet wird, daß längs dieses Hohlkörpers mittels einer Heizeinrichtung ein axialer Temperaturgradient erzeugt wird, so daß die Materialabscheidung nur an der offenen Stirnfläche des Hohlkörpers erfogt, und daß der als Trägerkörper dienende Hohlkörper entsprechend der Abscheidegeschwindigkeit . " des HalbleiteiMnaterials aus der Abscheidezone herausbewegt« wird,

Durch die Art der Verwendung eines aus Graphit oder nach dem Verfahren nach der Qffenlegungsschrift 1 8o5 97o hergestellten Hohlkörpers aus Silicium als Ausgangsträgerkörper für die Abscheidung, durch die gezielt geführte Materialabscheidung nur an einer der Stirnflächen dieses Hohlkörpers und durch die Maßnahme der Wegführung des Trägerkörpers nach unten nach Maßgabe der Materialabscheidung gelingt es, Bohre, beispielsweise aus Silicium von beliebiger länge herzustellen, welche den Anforderungen einer Diffusion in Halbleiterkristallen vollauf genügen. Das Entfernen eines aus einem andersartigen Material bestehenden Trägerkörpers entfällt ganz und gestaltet das Verfahren einfach und reproduzierbar.

Es liegt im Rahmen der vorliegenden Erfindung, daß als Heizeinrichtung eine Induktionsheizspule verwendet wird, deren Durchmesser dem Durehmesser bzw. bei nicht kreisrunden Hohlkörpern der Form des zur Abscheidung vorgesehenen Hohlkörpers angepaßt ist. Auf diese Y/eise ist es möglich, auch nahezu jeden beliebigen Durchmesser sowie auch unrunde Querschnitte einzustellen^ Die Induktionsheizspule wird so

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angeordnet, daß an der oberen Stirnfläche des für die Abscheidung vorgesehenen, im Reaktionsraum senkrecht ge- . halterten Hohlkörpers, z. B. eines Graphit- oder Siliciumrohres, ein streng axiales Temperaturgefälle herrscht. Dadurch kann der Hohlkörper oder das Siliclumrohr nur axial weiterwachsen und sein Durchmesser muß dem Durchmesser der zur Beheizung vorgesehenen Induktionsheizspule entsprechen.

Bei Verwendung eines hochohmigen Siliciumrohres als Trägerkörper muß dieser vorgeheizt werden, damit'das Silicium eigenleitend wird. Dies kann beispielsweise durch eine Glimmentladung erfolgen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der in der . ■·".-Figur dargestellten Vorrichtung näher erläutert.

Die in der Figur abgebildete. Vorrichtung besteht aus einer Silber-j V2A- oder Quarzglocke 1 mit einer eine {raBaustrittsöffnung 2 enthaltenden Grundplatte 3 aus korrosionsfestem Material wie Quarz, Silber oder V2A-Stahl. Durch die Grundplatte 3 wird mittels einer Dichtungspackung 4 ein Rohr 5 aus korrosionsfestem Material, beispielsweise-'auch aus einer V2A-Legierung, 'in das Innere des Reaktionsgefäßes 11 geführt, welches an seinem oberen Ende eine korrosionsfeste Halterung 6 für die Aufnahme des als Trägerkörper dienenden Hohlkörpers 7 trägt.. Als Hohlkörper 7 wird beispiels-^ weise ein Graphitrohr verwendet. Das Rohr 5 mit der ring- · förmigen Halterung 6 kann durch in der Figur nicht dargestellte Antriebsmittel nach oben und unten axial verschoben sowie mit einer Drehbewegung beaufschlagt werden (siehe Pfeinrichtung).

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Der Deckel der Silber- oder ^Quarzglocke 1 wird durch eine Quarzplatte 8 gebildet, welche fest und' gasdicht mit dem durch das Bezugszeichen 1 "bezeichneten Teil der Einrichtung verbunden ist. Hinter der Quarzplatte 8 befindet sich eine die Stirnfläche 9 des Hohlkörpers 7 aus Graphit auf Abscheidetemperatur erhitztende Induktionsheizspule, 1o, welche in bezug auf ihren Durchmesser dem Durchmesser des herzustellenden Siliciumhohlkörpers·17 angepaßt ist.

Zu Beginn.des Verfahrens befindet sich das als Trägerkörper für die Abscheidung dienede Graphitrohr 7 mit seiner Stirnfläche 9 im oberen Raum des Reaktionsgefäßes 11 unmittelbar hinter der Quarzplatte 8.

Durch das durch die Grundplatte 3 in den Reaktionsraum 11 eingeführte Rohr 5 aus korrosionsfestem Material wird ein Gasstrom, bestehend aus Silicöchloroform (SiHCl,) und Wasserstoff (Hp) in den Reaktionsraum 11 eingeleitet. An dem durch die Induktionsheizspule 1o auf eine Temperatur im Bereich zwischen 1o5o°C und 125o°C aufgeheizten Teil (Stirnfläche 9) des Graphitrohres 7 wird das Gemisch aus SiHCl, und Hp zersetzt und Silicium an der Stirnfläche 9 abgeschieden. Die Restgase verlassen bei 2 den Reaktionsraum 11.-In dem Maß, in dem die SiIicium-Abscheidung an der Stirnfläche 9 des Graphitrohres 7 fortschreitet, wird das in Drehung versetzte Rohr 5 mit der Haltevorrichtung 6 und dem Graphitrohr 7 sowie dem neugebildeten Siliciumrohr nach unten weggezogen. Dabei wird eine Ziehgeschwindigkeit von o,3 bis 3 mm/Min, eingestellt.

Bei Abscheidungsrateη von Io g Si/h wächst beispielsweise in einer Stunde ein Silieiumrohr (17) von 25 mm 0, 2 mm Wandstärke und 8o mm Länge auf.

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Um ein möglichst dichtes Sefüge zu erhalten, kann es nützlich sein, im Anschluß an den Abscheideprozeß das Rohr einem zonenweisen Schmelzen zu unterwerfen. Es ist aber auch möglich, abwechselnd abzuscheiden und zu schmelzen. Dabei wird die gesamte Anordnung um 18o° gedreht, so daß die Heizzone nach unten kommt,. Im Bedarfsfalle kann der Ausgangsträgerkörper 7 aus Graphit auch vom Siliciumrohr 17 abgetrennt werden.

Durch Anbringen von wassergekühlten Kurzschlußringen innerhalb und außerhalb des wachsenden Siliciumrohres 17 läßt sich der Heizfeldgradient noch zusätzlich verstärken.

Die Erfindung ist nicht nur auf die Herstellung von Hohlkörpern beliebiger Länge aus Silicium beschränkt, sondern läßt sich auch für andere Materialien verwenden, die sich . durch thermische Zersetzung abscheiden lassen.

Das Verfahren gemäß vorliegender Patentanmeldung läßt sich auch für eine Verlängerung von Hohlkörpern verwenden, welche gemäß einem Verfahren nach der Offenlegungsschrift 1 917 und 1 8o5 97o sowie der älteren Patentanmeldungen 2 öl6 339.7 2 o22o25.1, 2 o5o o76.9 und 2 o59 36o.9 hergestellt sind.

15 Patentansprüche
1 Figur

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zum Herstellen von Hohlkörpern aus Halbleitermaterial von belieibger Länge durch thermische Zersetzung einer das Halbleitermaterial enthaltenden gasförmigen Verbindung und Abscheiden des Halbleitermaterials auf im Reaktionsraum angeordnete Trägerkörper, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägerkörper ein korrosionsfester, durch, ein hochfrequentes Wechselfeld aufheizbarer, mindestens an einer Seite offener Hohlkörper verwendet wird, daß längs dieses Hohlkörpers mittels einer Heizeinrichtung ein axialer Temperaturgradient erzeugt wird, so daß die Materialabscheidung nur an der offenen Stirnfläche des Hohlkörpers erfolgt, und daß der als Trägerkörper dienende Hohlkörper entsprechend der Abscheidegeschwindigkeit des Halbleitermaterials aus der Abscheidezone herausbewegt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der als Heizeinrichtung dienenden Induktinnsheizspule entsprechend dem Durchmesser des zur Abscheidung vorgesehenen Hohlkörpers gewählt wird.
3* Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung von unrunden Hohlkörpern ein Trägerkörper und eine Heizspule.von entsprechender Form verwendet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägerkörper für die Abscheidung ein Graphitrohr verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägerkörper für die Abscheidung ein Siliciumrohr verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß für die thermische Zersetzung und Abscheidung ein Gemisch aus Silicochloroform und Wasserstoff in das Reaktionsgefäß eingeleitet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Abscheidung vorgesehene Stirnfläche beispielsweise durch eine Glimmentladung vorgeheizt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß während der Abscheidung der in seiner Länge wachsende und aus der Abscheidungszone herausbewegte Trägerkörper mit einer Drehbewegung beaufschlagt wird.
9· Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper axial mit einer Geschwindigkeit von Oj.3 bis 3mm/Min. aus der Abscheidungszone herausbewegf wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Silicium eine Abscheidungsrate von 1o g/h eingestellt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 1 bis 1o, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper nach der Materialabscheidung einem zonenweisen Schmelzen unterworfen wird.
12. Verfahren nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung des axialen Temperaturgradienten noch zusätzliche wassergekühlte Kurzschlußringe bzw. Kurzschlußkörper innerhalb und außerhalb des Hohlkörpers angebracht werden.

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13. Vorrichtung zur Durchführung des-Verfahrens nach Anspruch 1 bis 12, gekennzeichnet durch ein mit einer Gaseinlaß- und Gasauslaßöffnung versehenes Reaktionsgefäß,' welches aus einer oben mit einer Quarzplatte verschlossenen Glocke aus korrosionsfestem Material besteht, durch einen in das Reaktionsgefäß von unten durch die Grundplatte vakuumdicht eingeführten, zugleich als Gaseinlaßöffnung und Durchflußkanal für die gasförmige Halbleiterverbindung diendes Rohr aus korrosionsfestem Material, welches im Reaktionsgefäß in einer korrosionsfesten ringförmigen Halterung für den Trägerkörper endet, weiterhin gekennzeichnet durch eine außerhalb des Reaktionsgefäßes hinter der Quarzplatte angeordnete Induktionsheizspule und durch Antriebsmittel, welche sowohl.eine Dreh- als auch eine Auf- und Abwärts- ; bewegung des mit der Halterung für den Trägerkörper verbundenen Rohres gestatten.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsgefäß und das die Gaseinlaßöffnung und den Trägerkörper tragende Rohr aus Silber oder einer V2A-Legierung gefertigt oder zumindest mit einer solchen Schicht, überzogen xst.

15» Vorrichtung nach Anspruch 13 und 14» gekennzeichnet durch mindestens einen zusätzlichen, innerhalb oder außerhalb des Hohlkörpers angebrachten wassergekühlten Kurzschlußring oder Kurζschlußkörper.

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