DE2337562A1 - Vapour deposition silicon tube making process - employs indirectly heated carrier surrounded by concentric heater - Google Patents

Vapour deposition silicon tube making process - employs indirectly heated carrier surrounded by concentric heater

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DE2337562A1 DE19732337562 DE2337562A DE2337562A1 DE 2337562 A1 DE2337562 A1 DE 2337562A1 DE 19732337562 DE19732337562 DE 19732337562 DE 2337562 A DE2337562 A DE 2337562A DE 2337562 A1 DE2337562 A1 DE 2337562A1
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Abstract

Hollow in particular silicon, semiconductor tubes are made by vapour deposition on a tubular carrier on the surface of which the Si is deposited the carrier being indirectly heated by a heater surrounding it concentrically. Method gives more uniform heating of carrier than when the latter is directly resistance heated. The equipment comprises a quartz dome reaction chamber though the bottom plate of which are provided electrical, coolant, vacuum and gas connections. The heating element either consists of a Ag-split ring base graphite tubular hairpin type resistor with a helical slot or an induction coil which heats the graphite carrier tube.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von aus Halbleitermaterial bestehenden Hohlkörpern Method and device for producing hollow bodies made of semiconductor material

Die vorliegende Patentanmeldung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von aus Halbleitermaterial bestehenden Hohlkörpern, insbesondere von Siliciumrohren, durch Abscheiden von Halbleitermaterial aus der Gasphase auf einen erhitzten, als Hohlkörper ausgebildeten Trägerkörper, wobei sich die Oberfläche des Trägerkörpers mit einer Schicht des Halbleitermaterials überzieht, die nach Entfernung des Trägerkörpers den gewünschten Hohlkörper bildet.The present patent application relates to a method for producing hollow bodies made of semiconductor material, in particular of silicon tubes, by depositing semiconductor material from the gas phase onto a heated, hollow body formed carrier body, wherein the surface of the carrier body is covered with a layer of the semiconductor material, which forms the desired hollow body after removal of the carrier body.

Aus der deutschen Patentschrift 1 805 970.ist ein Verfahren zum Herstellen eines Hohlkörpers aus Halbleitermaterial bekannt, bei dem das Halbleitermaterial aus einer gasförmigen Verbindung auf die Außenfläche eines Trägerkörpers aus einem hitzebeständigen Stoff niedergeschlagen wird und der -Trägerkörper dann ohne Zerstörung der Halbleiterschicht entfernt wird. Dabei wird ein aus Graphit bestehender Trägerkörper verwendet, der durch direkten Stromdurchgang auf die Abscheidetemperatur erhitzt wird.From the German patent specification 1 805 970 is a method for the production of a hollow body from semiconductor material is known, in which the semiconductor material consists of a gaseous Compound is deposited on the outer surface of a carrier body made of a heat-resistant material and the carrier body is then removed without destroying the semiconductor layer. A support body made of graphite is used, which is heated to the deposition temperature by direct passage of current.

Auf diese Weise lassen sich Siliciumrohre für Diffusionszwecke unter Verwendung der Ausgangsverbindung Silicochloroform bei Temperaturen von 1050 bis 1250 0C in einer Wasserstoffatmosphäre herstellen, welche gegenüber den bekannten Diffusionsampullen den Vorteil der höheren Reinheit besitzen. Der für In this way, silicon pipes can be produced for diffusion purposes using the starting compound Silicochloroform at temperatures from 1050 to 1250 0 C in an atmosphere of hydrogen, which have the advantage of higher purity compared with the known diffusion ampoules. The for

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die Herstellung des Siliciumrohres benötigte Trägerkörper, welcher vorteilhafterweise aus Graphit besteht und als Hohlkörper ausgebildet ist, wird nach dem Abscheiden der Halbleitermaterialschicht durch Erhitzen in sauerstoffhaltiger Atmosphäre ausgebrannt.the support body required for the manufacture of the silicon tube, which advantageously consists of graphite and is designed as a hollow body, is after the deposition of the semiconductor material layer burned out by heating in an oxygen-containing atmosphere.

Die direkte Beheizung von Graphitträgerkörpern durch Stromdurchgang hat den Nachteil, daß dieser Stromdurchgang oft nicht gleichmäßig über den Graphitquerschnitt verteilt ist und demzufolge die Temperaturverteilung an der Abscheideoberfläche ungleichmäßig ist. Die Bedingungen für die Halbleitermaterialabscheidung werden dadurch erheblich verschlechtert. Außerdem können nur Trägerkörper verwendet werden, welche aus einem elektrisch gut leitenden Material bestehen.The direct heating of graphite carrier bodies through the passage of current has the disadvantage that this current passage is often not evenly distributed over the graphite cross-section and consequently the temperature distribution on the deposition surface is uneven. The conditions for the semiconductor material deposition are considerably worsened as a result. In addition, only support bodies can be used which consist of a consist of a material with good electrical conductivity.

Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt, beschäftigt sich ebenfalls mit der Beheizung des Trägerkörpers.The problem on which the present invention is based occupies also with the heating of the carrier body.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der als Hohlkörper ausgebildete Trägerkörper indirekt durch eine ihn konzentrisch umgebende Heizeranordnung beheizt wird. Dabei liegt es im Rahmen der Erfindung, daß eine Temperatur eingestellt wird, die über der maximalen Abscheidetemperatur des Halbleitermaterials liegt.According to the invention, this object is achieved in that the carrier body, which is designed as a hollow body, is indirectly supported by a hollow body concentrically surrounding heater arrangement is heated. It is within the scope of the invention that a temperature is set which is above the maximum deposition temperature of the semiconductor material.

In einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, eine Heizeranordnung zu verwenden, welche aus einem mäanderformig geschlitzten, durch direkten Stromdurchgang beheizbaren Graphithohlkörper besteht. Dadurch wird erreicht, daß eine sehr gleichmäßige Temperaturverteilung erhalten wird. Diese Anordnung ist außerdem technisch sehr einfach, da nur zwei Stromanschlüsse vorhanden sein müssen.In a further development of the inventive concept, it is provided that a heater arrangement is used, which consists of a meander-shaped slotted graphite hollow body that can be heated by direct current flow. This ensures that a very even temperature distribution is obtained. This arrangement is also technically very simple, since only two Power connections must be available.

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Gemäß einem anderen besonders günstigen Ausführungsbeispiel nach der Lehre der Erfindung wird eine Heizeranordnung verwendet, welche aus einem mit einer Induktionsheizspule gekoppelten rohrförmigen Graphitsuszeptor besteht. Dabei kann auch eine Anordnung verwendet werden, bei der mehrere Graphitsuszeptoren verwendet sind, die durch eine einzige Induktionsheizspule induktiv beheizt werden, so daß in einem Reaktionsraum gleichzeitig mehrere Hohlkörper hergestellt werden können. According to another particularly favorable embodiment according to the teaching of the invention, a heater arrangement is used, which consists of a tubular graphite susceptor coupled to an induction heating coil. It can also an arrangement can be used in which multiple graphite susceptors are used, which are inductively heated by a single induction heating coil, so that several hollow bodies can be produced simultaneously in one reaction chamber.

Durch das Verfahren nach der Lehre der Erfindung wird gewährleistet, daß eine völlig gleichmäßige Abscheidung an der Oberfläche des Trägerkörpers stattfindet, so daß Hohlkörper aus Halbleitermaterial mit definierter Wandstärke hergestellt werden können.The method according to the teaching of the invention ensures that a completely uniform deposition takes place on the surface of the carrier body, so that hollow bodies from Semiconductor material can be produced with a defined wall thickness.

Ein weiterer Vorteil gegenüber der direkten Beheizung ist, daß die so hergestellten Hohlkörper besser vom indirekt beheizten Trägerkörper abgezogen werden kann und auf diese Weise eine Wiederverwendung des Trägerkörpers möglich machen. Außerdem ist es auch nicht notwendig, daß der Trägerkörper aus einem elektrisch leitenden Material besteht. Er kann beispielsweise auch aus keramischen Werkstoffen bestehen.Another advantage over direct heating is that the hollow bodies produced in this way are better than those that are indirectly heated Carrier body can be peeled off and in this way make reuse of the carrier body possible. aside from that it is also not necessary that the carrier body consists of an electrically conductive material. For example, he can also consist of ceramic materials.

Die Erfindung wird an Hand von Ausführungsbeispielen und der Pig. 1-4 noch näher erläutert.The invention is based on exemplary embodiments and the Pig. 1-4 explained in more detail.

Pig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine Vorrichtung zum Abscheiden einer Siliciumschicht auf einem durch einen direkt beheizbaren Grahphitheizer indirekt beheizten rohrförmigen Trägerkörper aus Graphit;Pig. 1 shows a section through a device for deposition a silicon layer on a tubular support body indirectly heated by a directly heatable graphite heater made of graphite;

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Fig. 2 zeigt in Draufsicht die mäanderförmig geschlitzte Heizeranordnung 7 aus Graphit unter Weglassung sämtlicher in Fig. 1 "beschriebener Teile;Fig. 2 shows a plan view of the meander-shaped slotted heater arrangement 7 made of graphite with omission of all parts described in FIG. 1 ″;

Fig. 3 zeigt eine Anordnung mit einer indirekten Beheizung über einen induktiv beheizten Graphitsuszeptor; Fig. 4 zeigt eine ähnliche Anordnung wie Fig. 3, bei der jedoch mehrere Siliciumrohre gleichzeitig hergestellt werden können.3 shows an arrangement with indirect heating via an inductively heated graphite susceptor; FIG. 4 shows an arrangement similar to FIG. 3, but in which a plurality of silicon tubes are produced at the same time can.

Die Vorrichtung nach Fig. 1 zeigt ein Reaktionsgefäß 1 aus Quarz, welches mit einer Bodenplatte 2 gasdicht verschlossen ist. In der Bodenplatte 2 sind Durchgänge 3 und 4 angebracht, welche als Gaseinlaß- und Gasauslaßöffnungen dienen. Außerdem befinden sich in der Bodenplatte 2 Durchführungen 5 aus Teflon, durch welche die Stromzuführungen 6 aus Silber für aen mäanderförmig geschlitzten Graphitheizer 7 in das Innere des Reaktionsgefäßes 1 geführt sind. Auf der Oberseite der Stromzuführungen 6 sind zwei Halterungen 8 und 9 aus Graphit angebracht, welche den Graphitheizer 7 tragen. Innerhalb dieses Graphitheizers befindet sich ein rohrförmiger Graphithohlkörper 10, der als Trägerkörper für die Siliciumabscheidung dient. Wird an die Elektroden 6 eine Spannung angelegt, so wird der Graphitheizer 7 aufgeheizt. Durch Abstrahlung der Y/ärme erfolgt dann die indirekte Beheizung des Trägerkörpers 10, so daß sich die in das Reaktionsgefäß 1 eingeleitete, mit einem Trägergas (Wasserstoff) gemischte Siliciumverbindung (Silicochloroform) zersetzt und sich eine Siliciumschicht 11 an der Oberfläche des Trägerkörpers 10 - im Ausführungsbeispiel ist es die Außenseite - abscheidet. Die Temperatur der Heizeranordnung 7 wird bei Verwendung einer Silicium enthaltenden Verbindung auf mindestens 1400 0C eingestellt, so daß auf dem Trägerkörper 10 eine Temperatur von mindestens 1150 0C vorhanden ist. Die Si-The device according to FIG. 1 shows a reaction vessel 1 made of quartz, which is sealed gas-tight with a base plate 2. In the base plate 2 passages 3 and 4 are attached, which serve as gas inlet and gas outlet openings. Also located in the base plate 2 feedthroughs 5 made of teflon, by which the current leads 6 of silver for aen meandering slotted graphite heater 7 into the interior of the reaction vessel 1 respectively. Two holders 8 and 9 made of graphite, which support the graphite heater 7, are attached to the top of the power supply lines 6. Inside this graphite heater there is a tubular graphite hollow body 10, which serves as a carrier body for the silicon deposition. If a voltage is applied to the electrodes 6, the graphite heater 7 is heated up. The carrier body 10 is then indirectly heated by radiation of the Y / arms, so that the silicon compound (silicochloroform) which is introduced into the reaction vessel 1 and mixed with a carrier gas (hydrogen) decomposes and a silicon layer 11 forms on the surface of the carrier body 10 - in Embodiment it is the outside - separates. The temperature of the heater assembly 7 is adjusted by using a silicon-containing compound on at least 1400 0 C, so that a temperature of at least 1150 0 C is present on the carrier body 10 degrees. The SI-

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Ii c iumab scheidung kann auch so gesteigert werden, daß eine Innenabscheidung am Trägerkörper stattfindet; in diesem Fall wird der siliciumhaltige Gasstrom durch das Trägerkörperrohr geleitet. Die in Pig. 1 eingezeichneten Pfeile zeigen die Stromungsrichtung der Reaktionsgase an.Ii c iumab separation can also be increased so that an internal separation takes place on the carrier body; in this case the silicon-containing gas flow is through the support body tube directed. The one in Pig. 1 drawn arrows show the Direction of flow of the reaction gases.

In Fig. 2 ist in Draufsicht der mäanderförmige Graphitheizer voa Fig. 1 dargestellt.In Fig. 2 is a plan view of the meander-shaped graphite heater voa Fig. 1 shown.

Iu Pig. 3 ist ein Ausschnitt aus einer weiteren Hoizeranord-· nung schematich dargestellt, bei der die indirekte Beheizung des rohrförmigen Graphitträgerkörpers JO durch einen diesen umgebenden rohrförmigen Graphitsuszeptor 12 erfolgt, welcher mit einer Induktionsheizspule 13 gekoppelt ist, die spiralig gewickelt int und den Graphitsuszeptor 12 zylinderförmig umschließt. Die Abscheidung erfolgt wie im Ausführun^sbulspiel 1 angegeben, .vobei auf dem Trägerkörper 10 lie Siliciumsehieht 11 entsteht. Mit dem Bezugszeichen 1 ist die Quarav/andung des Reaktionsgefäües bezeichnet. Auf die Abbildung der übrigen Vorrichtungsteile, wie Gaszu- und -ableitung und HF-Generator für die Heizspule, ist hier der Übersichtlichkeit wegen /orziehtet worden.Iu Pig. 3 is an excerpt from another Hoizeranord- tion shown schematically in which the indirect heating of the tubular graphite support body JO through one of these surrounding tubular graphite susceptor 12, which is coupled to an induction heating coil 13, which is spiral wound int and the graphite susceptor 12 encloses cylindrical. The separation takes place as in the example game 1 indicated, with silicon being seen on the carrier body 10 11 is created. With the reference number 1 is the Quarav / andung of the Designated reaction vessel. On the picture of the rest Device parts such as gas supply and discharge and HF generator for the heating coil, is here for the sake of clarity been.

Das Gleiche gilt auch für das in Fig. 4 dargestellte Auofühfungsbeispiel, welches einen Querschnitt durch eine KoL^eran.-ordnung in einem 6-Rohr-Reaktor darstellt. Dabei hat jedes Trägerkörperrohr 20 einen eigenen Graphifcsuszoptor ?.''ί ea ist jedoch nur eine einzige ge.nciinsame IiidaktLüiiolieiz^pU- 2.5 vorhanden, welche innerhalb» aber auch außerhalb des Keukfcionsgefäßes (nicht abgebildet) angeordnet sein kann. Die ei.-.\..;erifii.chiietea Pfeile sollen die Richtung Λ- χ .-'irürue aut der IVLrnär-'Kid der Sekundärseite anzeigen. Mi.t Hilfe die )tsr vorri rüif.ungThe same also applies to the example shown in FIG. 4, which shows a cross section through a KoL ^ eran.-arrangement in a 6-tube reactor. Each support body tube 20 has its own graphical optical sensor. However, there is only a single general IiidaktLüiiolieiz ^ pU-2.5 available, which can be arranged inside but also outside the keukfcion vessel (not shown). The ei .-. \ ..; e r ifii.chiietea arrows should indicate the direction Λ- χ .- 'irürue aut the IVLrnär-'Kid of the secondary side. With the help of the ) tsr Vorri r üi f

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BAD ORfGiNAl.BAD ORfGiNAl.

ist die Möglichkeit gegeben, gleichzeitig mehrere Silieiurarohre (24) herzustellen. Da für die induktive Beheizung der Suszeptoren 22 nur eine einzige Induktionsheisspule 23 verwendet wird, läßt sich die Temperatur überall gleichmäßig einstellen, so daß eine gleichmäßige Abscheidung von Silicium (24) gewährleistet ist.it is possible to use several silicone uro tubes at the same time (24). Since only a single induction hot coil 23 is used for the inductive heating of the susceptors 22 the temperature can be set uniformly everywhere, so that a uniform deposition of silicon (24) is guaranteed.

10 Patentansprüche
4 Figuren10 claims
4 figures

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Claims (10)

PatentansprücheClaims 1. Verfahren zum Herstellen von aus Halbleitermaterial bestehenden Hohlkörpern, insbesondere von Siliciumrohren, durch Abscheiden von Halbleitermaterial aus der Gasphase auf einen erhitzten, als Hohlkörper ausgebildeten Trägerkörper, wobei sich die Oberfläche des Trägerkörpers mit einer Schicht des Halbleitermaterials überzieht, die nach Entfernung des Trägerkörpers den gewünschten Hohlkörper bildet, dadurch gekennzeichnet, daß der als Hohlkörper ausgebildete Trägerkörper indirekt durch eine ihn konzentrisch umgebende Heizeranordnung beheizt wird.1. Process for the manufacture of consisting of semiconductor material Hollow bodies, in particular silicon tubes, by depositing semiconductor material from the gas phase a heated, designed as a hollow body carrier body, wherein the surface of the carrier body with a Coating layer of the semiconductor material, which forms the desired hollow body after removal of the carrier body, characterized in that the carrier body formed as a hollow body indirectly through a heater arrangement concentrically surrounding it is heated. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Temperatur eingestellt wird, die über der maximalen Abscheidetemperatur des Halbleitermaterials liegt.2. The method according to claim 1, characterized in that that a temperature is set which is above the maximum deposition temperature of the semiconductor material lies. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß eine Heiζeranordnung verwendet wird, welche aus einem mäanderförmig geschlitzten, durch direkten Stromdurchgang beheizbaren Graphithohlkörper besteht.3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that a heater arrangement is used which consists of a meander-shaped slotted graphite hollow body that can be heated by direct current flow consists. 4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Heiζeranordnung verwendet wird, welche aus einem, mit einer Induktionsheizspule gekoppelten rohrförmigen Graphitsuszeptor besteht.4. The method according to claim 1 and 2, characterized in that a heater arrangement is used which consists of a tubular graphite susceptor coupled to an induction heating coil. VPA 9/110/3027 - 8 -VPA 9/110/3027 - 8 - 409886/0768409886/0768 5. Verfahren nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet , daß eine Heizeranordnung verwendet wird, welche aus mehreren Graphitsuszeptoren "besteht, die durch eine einzige Induktionsheizspule induktiv beheizt werden, so daß in einem Reaktionsraum gleichzeitig mehrere Hohlkörper hergestellt werden können.5. The method according to claim 4 »characterized that uses a heater assembly which consists of several graphite susceptors "which are inductively heated by a single induction heating coil so that several hollow bodies can be produced simultaneously in one reaction chamber. 6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1-3» dadurch gekennzeichnet, daß in einem, mit einem Gaseinlaß und Gasauslaß versehenen Reaktionsraum ein als Hohlkörper ausgebildeter Trägerkürper aus Graphit angeordnet ist, daß konzentrisch zu diesem Trägerkörper ein mäanderförraig geschlitzter Graphithohlkörper vorgesehen ist, der über Elektroden, die mit einer Spannungsquelle verbunden sind, direkt beheizbar ist.6. Device for performing the method according to claims 1-3 »characterized in that that in a reaction space provided with a gas inlet and gas outlet, a support body designed as a hollow body made of graphite is arranged that concentrically to this support body a meanderförraig slotted graphite hollow body is provided, which can be heated directly via electrodes that are connected to a voltage source. 7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch7. Apparatus for performing the method according to claim 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einem mit einem Gaseinlaß und Gasauslaß versehenen Reaktionsraum mindestens ein als Hohlkörper ausgebildeter Trägerkörper aus Graphit angeordnet ist, daß konzentrisch zu diesem Trägerkörper ein als Suszeptor geschalteter Graphithohlkörper angebracht ist und daß eine Heizspule vorgesehen ist, die den Suszeptor induktiv beheizt.1, 2 and 4, characterized in that that in one provided with a gas inlet and gas outlet At least one reaction space designed as a hollow body Support body made of graphite is arranged that concentrically to this support body is a graphite hollow body connected as a susceptor is attached and that a heating coil is provided which inductively heats the susceptor. 8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspru Ji 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Suszeptoren in dem Reaktionsraum angeordnet sind, die Cv.v.h eine gemeinsame Induktionsheizspule beheizt werden.8. Device for performing the method according to Anspru Ji 7, characterized in that several susceptors are arranged in the reaction space , the Cv.vh a common induction heating coil are heated. VPA 9/110/3027 ' - 9 -VPA 9/110/3027 '- 9 - 40.9 886/076840.9 886/0768 9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die induktive Heizspule außerhalb des aus einer gasdicht verschlossenen Quarzglocke bestehenden Reaktionsraumes angeordnet ist.9. Apparatus for performing the method according to claim 7 and 8, characterized in that the inductive heating coil outside of a gas-tight sealed quartz bell existing reaction space is arranged. 10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 6-9> gekennzeichnet durch die Verwendung eines aus keramischem Material bestehenden Trägerkörpers. 10. Apparatus for performing the method according to claims 6-9> characterized by the use of a carrier body made of ceramic material. VPA 9/110/3027VPA 9/110/3027 409886/0768409886/0768
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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