DE2460211B2 - Verfahren zum chemischen Abscheiden von polykristallinem Silicium aus der Gasphase - Google Patents

Verfahren zum chemischen Abscheiden von polykristallinem Silicium aus der Gasphase

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer polykristallinen Siliciumschicht auf eine Vielzahl von Halbleiterscheibchen, die in einem langgestreckten Ofen nebeneinander angeordnet sind und erhitzt werden, wobei eine gasförmige Siliciumverbindung dem Ofen von einer Eintrittsseite her zugeführt und auf der gegenüberliegenden Austrittsseite abgesaugt wird.
Ein derartiges Verfahren ist aus der US-PS 36 82 699 bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren ist vorgesehen, ein Quarzschiffchen in dem Niederschlagbereich des Ofens anzuordnen und Plättchen seitlich nebeneinander mit einer Haupfläche derart auf das Schiffchen zu legen, daß die Beschichtung mit polykristallinem Silicium auf der gegenüberliegenden und nach oben gedrehten zweiten Hauptfläche erfolgt Weil die Plättchen auf ihre flachen Rächen gelegt werden, passen etwa 12 bis 20 Plättchen gleichzeitig in die
ι* Niederschlagzone des Ofens. Normalerweise werden zwei Reihen von Plättchen auf das Schiffchen gelegt Das Beschichtungsprofil des polykristallinen Materials auf dem Plättchen ist entlang einer geraden Linie quer über das Plättchen, senkrecht zu der Strömung des Gases, glockenförmig. Dies bedeutet, daß in der Mitte des Plättchens das polykristalline Material am dicksten ist und an den Rändern des Plättchens am dünnsten. Normalerweise wird eine durchschnittliche Dicke von 4500 nm gewählt, wobei die dickste Materialschicht in der Mitte etwa 6000 nm beträgt und die Dicke in den Randbereichen bei etwa 3000 nm liegt In der Praxis kann der Mitteteipschnitt mit 6000 nm für die Herstellung von bestimmten Einrichtungen auf dem Plättchen zu dick sein, während die polykristalline Siliciumschicht mit 3000 nm für eine erfolgreiche Herstellung entsprechender Einrichtungen zu dünn sein kann. Demgemäß werden in dem Zwischenbereich, in welchem die Dicke der polykristallinen Schicht typischerweise etwa 4500 nm beträgt, einige Einrichtungen hergestellt, die weiterzuverarbeiten sind. Ein dritter Nachteil bei diesem System besteht darin, daß die Plättchen von der Austrittsseite her in den Ofen eingebracht werden, wobei das braune, pulvrige Silicium oft von den Wänden auf das Plättchen herunterfällt .»renn es auf dem Ofen herausgenommen wird oder in den Ofen hineingebracht wird. Der Aufbau von solchem pulverisiertem Silicium auf der Quarzröhre erfolgt derart rasch, daß normalerweise maximal 10 bis 20 Durchgänge mit derselben Quarzröhre ausgeführt werden können, bevor die
•*5 Quarzröhre aus dem Ofen herausgenommen wird, um gereinigt zu werden. Der Unterschied im Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Quarz und dem Silicium ist so groß, daß die Quarzröhre beim Herausnehmen aus dem Ofen oft zerbricht und ein neues Mittelstück mit den nicht zerbrochenen Teilen vereinigt werden muß, um diese beiden Endteile der Röhre weiter zu verwenden.
Weiterhin ist es aus der US-PS 34 46 936 bekannt, einzelne Scheibchen in einer Gasströmung mit Silicium zu überziehen.
Weiterhin ist es aus der US-PS 31 52 933 bekannt, auf der Austrittsseite Gas abzusaugen.
Die bekannten Verfahren leiden unter dem Nachteil eines geringen Durchsatzes; weiterhin besteht der Nachteil, daß die Ablagerung des Materials derart ungleichförmig erfolgt, daß die Dicke um ±l500nm über die Fläche der Plättchen schwankt. Es besteht weiterhin der Nachteil, daß die Plättchen von der Austrittsseite der Röhre her eingebracht werden, wobei sie der Gefahr ausgesetzt werden, daß pulvriges Silicium auf die Plättchen fällt, welches von den Wänden herunterfällt, und zwar entweder vor der Beschichtung mit polykristallinem Silicium oder nach einer solchen
Beschichtung. Durch eine derartige Ablagerung von körnigem Silicium wird der benachbarte Bereich für die Herstellung von Einrichtungen bzw. Bauelementen unbrauchbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum chemischen Abscheiden von polykristallinem Silicium aus der Gasphase der eingangs näher genannten Art zu schaffen, welches bei besonders gleichförmiger Dicke des abgeschiedenen polykristallinen Siliciums einen außerordentlich hohen Durchsatz an ι ο Scheibchen an Zeiteinheit ermöglicht und zugleich gegen Verunreinigungen der Scheibchen besonders sicher ist
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß die Scheibchen von der Eintrittsseits in den Ofen eingebracht und derart im Ofen angeordnet werden, daß die mit dem polykristallinen Silicium zu beschichtende große Oberfläche jedes Scheibchen im wesentlichen senkrecht zu der Gasströmungsrichtung steht und die Scheibchen auf einem Mindestabstand von etwa 0,76 nm zwischen benachbarten Oberflächen gehalten sind, daß die Scheibchen auf einer Temperatur ur-j£rhaib von 7000C aufgeheizt und nach dem Abschalten der Gasströmung durch die Eintrittsseite aus dem Ofen herausgenommen werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen und bevorzugte Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Gemäß der Erfindung ist der wesentliche Vorteil erreichbar, daß eine gleichförmige Dicke von abgela- » gertem polykristallinem Silicium über den größten Teil der Oberfläche des Plättchens gewährleistet ist, wobei von einem Rand eines einzelnen Plättchens zu dem anderen Rand eine Toleranz von besser als 500 nm erreichbar ist.
Weiterhin wird es gemäß der Erfindung ermöglicht, polykristallines Silicium aus Silan mit einer gleichförmigen Rate über ein Plättchen verteilt abzulagern.
Weiterhin ist gemäß der Erfindung der Durchsatz durch eine·' Ofen besonders hoch.
Weiter kann gemäß der Erfindung polykristallines Silicium in einer Röhre in der Weise auf Plättchen aufgebracht werden, daß die Plättchen eine gleichförmige Dicke von polykristallinem Silicium über einen besonders großen Bereich aufweisen.
Gemä3 der Erfindung wird es -veiterhin ermöglicht, daß die Plättchen überraschend dicht gepackt angeordnet werden können.
Weiterhin erweist es sich gemäß der Erfindung als vorteilhaft, polykristaKnes Silicium auf viele verschie- w dene Substrate aufbringen zu können, wie sie bei der Herstellung von Halbloitereinrichtungen verwendet werden, und zwar bei Temperaturen über 6000C, beispielsweise auf Silicium, Germanium, Saphir, Spinell, Keramik, Siliciumdioxid und feuerfeste Metalle wie ~>ί Wolfram oder Molybdän.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, polykristallines Silicium in der Weise aufzubringen, daß das Verfahren von der Heizeinrichtung der Röhre unabhängig ist, se daß w eine Heizeinrichtung wie eine Hochfrequenzheizung, eine Widerstandsheizung oder eine Strahlungsheizung wahlweise verwendet werden kann.
Weiterhin können gemäß der Erfindung zur Ablagerung von polykristallinem Silicium auf einem Substrat verschiedene Gasquellen verwendet werden, beispielsweise Silan, SiCbH2 od r SiCl3.
Die Einhaltung einer oberen Grenztemperatur von
etwa 700° C ist deshalb zweckmäßig, weil oberhalb dieser Grenztemperatur Unvollkommenheiten in der Kristallbildung auf der Oberfläche der Scheibchen entstehen. Zumindest ist die Wahrscheinlichkeit für die Bildung solcher Unvollkommenheiten in der Kristallstruktur oberhalb einer Temperatur von etwa 7000C besonders hoch. Die Folge solcher Fehlstellen sind unerwünschte Inhomogenitäten in der polykristallinen Schicht Dies stört besonders bei nachfolgenden Arbeitsgängen, insbesondere beim Wegätzen bestimmter Bereich der Schicht, wenn besonders feine Muster hergestellt werden sollen. Dieses Problem ist somit das mikroskopische Gegenstück zu dem makroskopischen Problem, welches darin besteht, daß Veränderungen in der Schichtdicke über die Fläche des Scheibchens und von einem Scheibchen zu einem anderen Scheibchen sich auf die Qualität der Erzeugnisse bzw. auf den Prozentsatz an Ausschuß ungünstig auswirken. Das erfindungsgemäße Verfahren zielt vor allem darauf ab, das makroskopische Problem eir-^r ungleichförmigen Beschichtung zu lösen, wobei jeäcch zugleich verhindert werden soll, daß mikroskopische Unregelmäßigkeiten oder Fehlstellen in der Schicht erzeugt werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt
F i g. 1 eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Standardeinrichtung zur Durchführung einer Beschichtung mit polykristallinen! Silicium,
F i g. 2 das Temperaturprofil, welches in der Einrichtung gemäß F i g. 1 verwendet wird,
F i g. 3 eine Beschichtungskurve, wie sie normalerweise bei der in der F i g. 1 dargestellten Einrichtung auftritt
F i g. 4 eine Draufsicht auf ein typisches Plättchen von etwa 5 cm Durchmesser, wobei die Schattierungslinien die ungleichförmige Beschichtung mit polykristallinem Silicium in einem System gemäß F i g. 1 darstellen,
Fig.5 ein Dickenprofil entlang der Linie 5-5' des Plättchens gemäß Fig.4, welches senkrecht zu dem Weg der Gasströmung angeordnet ist,
Fig.6 eine Vielzahl von Dickenprofilen entlang der Linie 6-6 des Plättchens gemäß Fig.4, wobei diese Profile entlang dem Weg der Gasströmung an verschiedenen Stellen in der Röhre angeordnet sind,
Fi g. 7 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Einrichtung zur Durchführung einer Beschichtung,
Fig. 8 das Temperaturprofil der in der Fig. 7 dargestellten Einrichtung,
Fig.9 das Beschichtungsprofil bei einer ausgewählten Temperatur,
F i g. 10 eine Vielzahl von Stellen auf einem Plättcnen, welches mit verschiedenen Dicken an polykristallinem Silicium beschichtet ist, wenn die Plättchen eng benachbart zueinander auf dem Schiffchen angeordnet sind,
Fig. 11 das Querschnittsprofil der polykristallinen dünnen Schicht entlang den Linien R-R', S-S' und T-T', welche in der F: g. 10 angegeben sind, und die dünnen Schichten·, weiche in der in der F i g. 7 dargestellten Einrichtung erzeugt werden, wobei die Plättchen etwa einen Abstand von 76 mm voneinander hatten,
F i g. 12 eine Vielzahl von Stellen auf einem Plättchen, welches mit einer im wesentlichen gleichförmigen Dicke aus einem polyk.rstallir.en Siliciummaterial über im wesentlichen den gesamten Bereich des Plättchens beschichtet ist wobei das Plättchen von dem nächsten benachbarten Plättchen etwa U7mm in den Mittel-
punkten entfernt war, wobei Plättchen mit einer Dicke von etwa 0,25 mm verwendet wurden,
F i g. 13 das Querschnittsprofil der Dicke der polykristallinen dünnen Schicht über die Linien X-X' und Y- Y' gemäß Fig. 12, und zwar eines Plättchens, welches in einen Ofen gemäß F i g. 7 gebracht wurde, wobei der Abstand zwischen den Mittelpunkten der Plättchen etwa 1,27 mm betrug und die Plättchen etwa 0,52 mm dick waren, und
Fig. 14 die maximalen Schwankungen des aufgebrachten polykristallinen Siliciums über die Plättchenoberfläche als Funktion des Abstandes der Plättchen.
Bei dem in der Fig.] dargestellten bekannten System zur Aufbringung von polykristallinem Silicium ist eine Stickstoffgasquelle 1 dargestellt, welche als Quelle für das Trägergas Stickstoff des Systems dient, und eine Quelle 3 für Siliciumtetrahydrid, was als Quelle für Silicium dient. Die Ofenröhre 5 kann durch WiderFormen für ein Plättchen zu haben. Die tatsächliche Identifizierung und das entsprechende Sortieren diesel Formen ist zu kostspielig. Weiterhin ist das Profil eir typisches Profil für einen festen Lauf von 30 Minuten
■> Längere oder kürzere Läufe würden unterschiedliche Anzahlen ergeben. Weiterhin würden auch ändert Faktoren wie Durchflüsse und Temperaturen von einen Lauf zum anderen verschiedene Anzahlen ergeben wenn sich geringfügige Unterschiede bei den Parame
ίο tern eines solchen Laufes zeigen.
Die Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf ein typische! Plättchen von etwa 5 cm Durchmesser. Plättchen mi größeren oder kleineren Abmessungen würden ähnlich geformte Profile in allen Darstellungen zeigen, und zwai sowohl bei bekannten Systemen als auch beirr erfindungsgemäßen System. Das Quellengas strömt ir der F i g. 4 von links nach rechts.
Die F i g. 5 zeigt die Schwankung der polykristalliner
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eingestellt sind, daß sie ein Temperaturprofil gemäß F i g. 2 liefern. Dieses Temperaturprofil wurde in Kombination mit dem Beschichtungsprofil gemäß Fig.3 derart gewählt, daß das höchste Maß an Gleichförmigkeit einer polykristallinen Beschichtung auf den Plättchen 9 erreicht wird, welche innerhalb des Niederschlagbereiches der Röhre angeordnet sind, wie es durch die Linie 11 in der Fig. 1 angegeben ist. Der Niederschlagsbereich ist derjenige Bereich der Röhre 5, bei welchem sich das polykristalline Silicium aus der durch die Röhre verlaufenden Gasströmung ausscheidet bzw. ablagert. Die Temperatur innerhalb des Ofens ist derart gewählt, daß Siliciumtetrachlorid zerfällt, wodurch eine Abscheidung von Silicium aus der Gasströmung auf die darunter angeordneten Plättchen hervorgerufen wird. Eine Draufsicht auf ein solches Plättchen mit darauf abgelagertem polykristallinem Silicium ist in der Fig.4 dargestellt, während ein Querschnitt durch das Plättchen entlang den Linien 5-5' senkrecht zu der Gasströmung in der Fig. 5 dargestellt ist und die Dickenschwankungen über ein einzelnes repräsentatives Plättchen darstellt. Die Beschichtung der Plättchen ist in der Mitte am stärksten und nimmt allmählich auf einen dünnsten Bereich an dem Rand der Plättchen ab. Die F i g. 6 zeigt die Schwankung in der Dicke des polykristallinen Siliciums, welche von der Anordnung des Plättchens innerhalb der Niederschlagszone 11 abhängt.
Die F i g. 2 zeigt das Temperaturprofil der bekannten Beschichtungsröhre. Der Temperaturverlauf weist die Form einer Rampe auf, welche bei 625° C an der Quellenseite der -nit A bezeichneten Niederschlagszone beginnt. Der mittlere Teil B der Niederschlagszone ist auf 650° C eingestellt, während die Austrittsseite C der Niederschlagszone auf 675° C gehalten ist
Die F i g. 3 zeigt das Beschichtungs-Dickenprofil als ein Maß der Stellung der Plättchenoberfläche in der Niederschlagszone. Diese Figur zeigt eine Schwankung von zuerst plus 3000 nm und dann minus 3000 nm entlang der Niederschlagszone. Die Quellenseite der Niederschlagszone A zeigt eine Dicke von 3000 nm, während der mittlere Punkt B eine Dicke von 6000 nm aufweist und die Austrittsseite eine Dicke von 3000 nm hat Während es möglich ist, Einrichtungen zu bauen, bei weichen die Dicke des polykristallinen Siliciums über den gesamten Bereich qeimäß F i g. 3 ausgebildet ist, ist es vom kommerziellen Standpunkt aus unpraktisch, die individuelle Form gemäß der Dicke zu identifizieren und zu sortieren. Es ist nicht ungewöhnlich, einige hundert
DiavHlt-IKUIIg L(UCI UUCI CHI CIl IZ.CI IICS TIiIItUHCIl CIIUUU^
der Linie, welche senkrecht zu der Quellengasströmung verläuft. Diese Figur zeigt, daß die Schichtdicke mil X nm bezeichnet ist.
Diese Schichtdicke wird in der Mitte Qdes Plättchen; um etwa 500 nm übertroffen, und die tatsächliche Dicke fällt an beiden Rändern Pund R des Plättchens um etwa 1000 nm ab.
Die Fig.6 zeigt die Schwankung der Dicke dc< polykri :dlinen Siliciums quer über das Plättchen, unc zwar entlang der Richtung der Gasströmung in der
ίο Mitte N eines Plättchens und an dem ersten Rand /Vi sowie an dem hinteren Rand O, w^s von der Anordnung des Plättchens in der Niederschlagszone 11 abhängt. Die Kurve C zeigt eine im allgemeinen abnehmende Dicke für ein Plättchen, welches an der Ausstrittsseite angeordnet ist. Die Kurve B zeiqt eine konkave Veränderung für die Mitte der Niederschlagszone. Die Kurve A zeigt eine im allgemeinen ansteigende Dicke für Plättchen, welche auf der Quellenseite der Röhre angeordnet sind.
Im Betrieb wird eine mittlere Dicke von etwa 4500 nm ausgewählt, so daß der dickste Abschnitt des Plättchens entlang der Linie 6-6 gemäß F i g. 4 etwa 6000 ηm dick ist, wie es in der Fig.3 dargestellt ist, während der dünnste Teil des Plättchens entlang der Linie 5-5' qemäß Fig. 3 etwa 3000 η m dick ist. Diese Veränderung in der Dicke garantiert, daß bestimmte Bereiche des Plättchens eine optimale Dicke des polykristallinen Materials bei 4500 nm aufweisen. Bei der optimalen Dicke können bestimmte verwendbare Bereiche auf dem Plättchen erzeugt werden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß 3000 nm zu dünn sein könnet, und 6000 nm zu dick sein können, um eine nutzbare Leistung der Einrichtung zu gewährleisten.
Demgemäß ist es wünschenswert, eine polykristalline Schicht mit einer optimaleren Dicke über einen größeren Teil des Plättchens zu erzeugen. Bei dem in der Fig. 1 dargestellten System können nur 12 bis 20 Plättchen gleichzeitig durch das System hindurchgeführt werden, weil die Größe der Röhre und die Größe der Niederschlagszone keine größere Anzahl zulassen. Weil die Plättchen auf einer Hauptfläche liegen müssen, wenn das polykristalline Material aus der Gasströmung auf die obere oder die gegenüberliegende Hauptfläche eines Substrats niedergeht, besteht die geometrische Begrenzung des Systems auf 12 bis 20 Plättchen.
Ein weiterer Nachteil des in der Fig. 1 dargestellten Systems ist die Tatsache, daß die Plättchen durch die Austrittsseite 13 der Röhre eingebracht werden. Wenn
die Plättchen eingebracht werden ebenso wie dann, wenn die Plättchen herausgenommen werden, fällt etwas von dem pulvrigen Siliciummaterial von den Wänden der Röhrp auf der Seite 13 ab und wird auf den Plättchen abgelagert. Dies bedeutet, daß irgendein polykristallines Material, welches über dieses pulvrige Siliciumteilchen hinweggewachsen ist, zur Ausbildung der Hü!bleitereinrichtungen ungeeignet wäre. Außerdem würden irgendwelche Teilchen von pulvrigen Silicium, weiche auf eine neu gewachsene polykristalline Schicht auffallen, die Ausnutzung dieses Bereichs für eine aktive Einrichtung beeinträchtigen.
In der Fig. 7 ist eine graphische Darstellung des erfindungsgemäßen Systems niedergelegt, bei welchem die bevorzugte Quelle 20 des Halbleitermaterials Silan in gasförmiger Form ist. Es können jedoch auch andere Quellen verwendet werden, beispielsweise S1CI2H2 oder SiCIHj. Ein Strömungsmesser bzw. Durchflußmesser 22 dient dazu, die richtige Menge an Silangas zu messen, welches in die Röhre und über die Plättchen strömt. Eine erste Quelle 24 für Stickstoff ist gemeinsam mit einem Stickstoff-Strömungsmesser bzw. Durchflußmesser 26 vorgesehen. Diese Strömung wird normalerweise bei einem geringen Strömungspegel verwendet, um irgendwelche Rcst-Silane zurückzuspulen, welche innerhalb der Rohrleitungen außerhalb des Ofens vorhanden sein können, da Silane expolsiv sind, wenn sie oberhalb einer bestimmten Temperatur der Luft ausgesetzt werden. Eine zweite Quelle 28 für Stickstoff ist zusammen mit einem Strömungsmesser bzw. Durchflußmesser 30 vorgesehen, um die Stickstoffströmung von der Quelle 30 in die Röhre 32 zu messen. Diese Stickstoffquelle wird dazu verwendet, die evakuierte Röhre 32 rasch auf atmosphärischen Druck zu bringen, und weiterhin auch dazu, die anfängliche Heizung der Plättchen zu unterstützen. Während die Darstellung auf Stickstoff bezogen ist, sei darauf hingewiesen, daß ein beliebiges, träges Gas verwendet werden kann, welches normalerweise bei der Verarbeitung von Halbleiterplättchen eingesetzt wird, beispielsweise Argon usw. Die besten *o Ergebnisse werden erzielt, wenn das Quellengas 20 während der beschichtung des polykristallinen Materials alleine verwendet wird. Alle Gase strömen in der Richtung des Pfeils 34. Eine Endscheibe 36 steht mit der Röhre im Eingriff, um eine Vakuumdichtung mit der Röhre zu bilden. Die N2- und die Si ^-Strömungen treten in die Röhre 32 an dem Punkt ein, an welchem die Leitung 38 durch eine geeignete Armatur in der Endscheibe 36 hindurchgeht Ein Druckfühler und eine Vakkum-Meßeinrichtung 40 sind ebenfalls an die so Eingangsleitung 38 angeschlossen, um an diesem Punkt den Druck auf das Vakuum zu messen. Das Profil der Ofenröhre 32 ist derart gewählt, daß gemäß Fig.8 ein flaches Temperaturprofil ereicht wird, während das Beschichtungsprofil in der Fig.9 dargestellt ist Dies bedeutet, daß die abgeflachte Kurve gemäß F i g. 9 die Schwankung in der Dicke des polykristallinen Siliciummaterials darstellt, welches auf ein Plättchen abgelagert wird, wenn es an einer beliebigen Stelle innerhalb der gesamten geheizten Zone des Ofens ist Der nutzbare Bereich des Ofens liefert eine Dickenschwankung von nur 500 nm von der Vorderseite zu der rückwärtigen Seite des Ofens. Nachfolgend wird kurz auf die F i g. 13 eingegangen. Diese Figur zeigt, daß für ein beliebiges Plättchen die Dicke im wesentlichen über die gesamte Piättchenfläche konstant ist, wenn die Plättchen auf einem Rand senkrecht zu der Gasströmung stehea Die Ausführungsfonn gemäß F i g. 7 liefert diese verbesserte Dickensteuerung.
Die Profiltemperatur für den in der F i g. 7 dargestellten Ofen kann innerhalb eines Temperaturbereiches an einer beliebigen Stelle zwischen 600 und 700° C liegen, um praktische Ergebnisse zu erreichen. Bei Temperaturen unterhalb von 600°C nimmt die Beschichtungsrate auf einen Punkt ab, an welchem der Lauf zu lange dauert. In solchen Fällen jedoch, in welchen eine langsame Beschichtung hingenommen werden kann, können die Temperaturen auf die Minimaltemperatur abgesenkt werden, bei welcher Silane zerfallen können. Am oberen Ende des Temperaturspektrums, d.h. oberhalb von 700°C, werden kristalline Unvollkommenheiten auf der Oberfläche der Plättchen gebildet. Solche Unvollkommenheiten oder Auswüchse werden in einer Beschichtungsatmosphäre in Abwesenheit von Wasserstoff gebildet. Die Fig.8 zeigt das bevorzugte Temperaturprofil des Ofens 32, wobei die Temperatur von 600' C auf der Ouellenseite A. in der Mitte B und auf der Austrittsseite Cder in der F i g. 7 durch eine Linie 41 dargestellten Beschichtungszone erzeugt wird.
Die F i g. 9 zeigt das Beschichtungsprofil des Systems in der Fig. 7, wenn die Röhre auf 600° C aufgeheizt wird und der Beschichtungslauf 30 Minuten dauert. Die Schwankung von der Quellenseite A bis zu der Austrittsseite B der Beschichtungszone ist 500 nm, wie es durch eine Linie 42 angegeben ist Das Beschichtungsprofil innerhalb der bevorzugten Beschichtungszone der Röhre plus einem vorderen und einem rückwärtigen Rand ist durch die Kurve 43 dargestellt. Es hat sich gezeigt, daß die besten Ergebnisse erreicht werden, wenn die maximale Beschichtungsdicke auf die Schichtdicke eingestellt wird und die Veränderungen gemäß F i g. 9 nach unten auftreten. Ähnliche Beschichtungskurven werden erreicht, wenn eine andere Schichtdicke als 4500 nm verwendet wird.
In einigen frühen Versuchen wurde eine Kühlfalle verwendet, welche durch flüssigen Stickstoff gekühlt war, um die Silane zu beseitigen, bevor eine Entlüftung in die Vakuumpumpe 44 gemäß F i g. 7 erfolgte. Dies geschah dazu, eine Beschädigung der Vakuumeinrichtung zu vermeiden. Die Kühlfalle konnte sich jedoch erwärmen, nachdem der Beschichtungslauf abgeschlossen war. Sie wurde durch spontane Verbrennung der Silane beschädigt, wenn sie wärmer wurde und der Luft ausgesetzt wurde.
Demgemäß ist eine Abschirmung 45 auf der Austrittsseite 46 der Quarzröhre 32 angebracht, um das pulverisierte Silicium an diesem Punkt abzufangen. Plättchen 47 werden in einem Quarzschiffchen 49 angeordnet, und das beladene Schiffchen wird durch die Que'lenseite 51 der Quarzröhre 32 in die Röhre eingebracht Auf diese Weise wird eine Berührung mit dem abgelagerten pulvrigen Siliciummaterial an der Austrittsseite 46 der Quarzröhre vermieden. Das Siliciumschiffchen, welches die Plättchen enthält, wird innerhalb des bevorzugten Bereiches der Beschichtungskurve angeordnet, wie es oben anhand der F i g. 9 erörtert ist Die Plättchen werden auf eine Seite gestellt und derart angeordnet daß ihre breite Oberfläche senkrecht zu der Gasströmung steht
Bei früheren Versuchen wurden Plättchen auf größeren Abständen angeordnet und derart hergestellt daß ihre Draufsicht der Darstellung in der Fig. 10 entsprach. Auf dem oberen Teil des Plättchens, welcher durch die Linie 5-5'dargestellt ist, ist eine gleichförmige Menge an Material abgelagert wie es durch eine Vergleichskurve S-S'in der Fig. 11 dargestellt ist, auf
ίο
dem unteren Teil jedoch, welcher durch die Linie R-R' dargestellt ist, war die Beschichtung im wesentlichen nicht gleichförmig und damit unbrauchbar, wie es durch die Vergleichskurve R-R'in der Fig. 11 angegeben ist. Weiterhin trat eine Dickenschwankung von oben nach unten auf dem Plättchen auf, wie es durch die Kurve T-T'in den Fig. 10 und 11 angegeben ist. Der Abstand, welcher die in der Fig. Il dargestellten Ergebnisse lieferte, betrug etwa 7,6 cm. Es sollte berücksichtigt werden, daß die Länge des Abstandes zwischen einzelnen Plättchen den Abständen zwischen den Mittelpunkten der Dicke benachbarter Plättchen entspricht. Wenn zwei Plättchen etwa 0,5 mm dick sind und der Abstand mit etwa 1,27 mm gegeben ist. so ist tatsächlich ein offener Bereich von etwa 0,76 mm /wischen der Rückseite des ersten Plättchens und der Vorderseite des nächsten Plättchens vorhanden. Wenn dickere Plättchen verwendet werden, wurden sich somit auch die Abstände ändern Pjpse Veränderung i.vürde
nur für die obere und die untere Grenze von Bedeutung sein, während sie dazwischen nicht von Bedeutung ist. Es wird empfohlen, daß der tatsächliche Abstand von etwa 0,76 rnm von Oberfläche zu Oberfläche nicht unterschritten werden sollte. An der oberen Grenze werden minimale akzeptable Beschichtugnen auf der oberen Hälfte der Plättchen noch erreicht, wenn der tatsächliche Abstand. von der Rückseite des einen Plättchens zu der Vorderseite des anderen Plättchens etwa 75,5 mm beträgt.
Demgemäß wurden viele Versuche durchgeführt, um den optimalen Abstand der seitlich nebeneinander angeordneten Plättchen zu bestimmen. Diese Information ist in der Fig. 14 durch die Linie 53 dargestellt. Diese Kurve zeigt die maximale Schwankung über das Plättchen als Funktion des Plättchcnabstandes. Ein bevorzugter offener Zwischenraum von etwa 0,76 mm zwischen benachbarter Flächen benachbarter Plättchen hat sich als oevorzugter Abstand erwiesen. Eine polykristalline Siliciumschicht wird auf einem in der Fig. 12 dargestellten Plättchen gebildet, welche ein Beschichtungsprofil gemäß Fig. 13 aufweist, Eine Linie 53 zeigt die Dickenschwankung sowohl in der Richtung X-X'als auch in der Richtung Y- Y', wie es in der F i g. 12 dargestellt ist. Es zeigt sich eine im wesentlichen gleichförmige Dicke des polykristallinen Siliciums,
ίο welches über den Hauptteil des Plättchens aufgebracht ist. Lediglich an den Randpunkten 61a und 616 der Kurve 55 qemäß Fig. 13 ist eine leichte Zunahme in der Dicke zu verzeichnen. Es sollte darauf hingewiesen werden, daß die Dicke des polykristallinen Materials über den Hauptteil der Oberfläche zwischen den Linien im wesentlichen gleichförmig ist, während der Unterschied in der Dicke von Plättchen zu Plättchen von der Quellenseite der Beschichtungszone zu der Austrittsseite der Beschichiiifigszonc hin insgesamt etwa 500 nrn beträgt, wie es in der F i g. 9 dargestellt ist.
Bei dem erfindungsgemäßen System, wie es in der Fig. 7 dargestellt ist, können etwa 250 Plättchen in einem 30-cm-Schiffchen angeordnet werden. Dies bedeutet im Vergleich zu dem bekannten Verfahren zur Bildung von polykristallinem Siliciummaterial einen Durchsatz von mehr als 10:1.
Die Arbeitsweise des in der F i g. 7 dargestellten Systems weist folgende spezielle Schritte auf: Der bevorzugte Vakuumpegel liegt im Bereich von 600 bis 1600 Millipascal. Stickstoff von der Quelle 24 wird stets dazu verwendet, das System von irgendwelchem restlichen SiH« zu reinigen, welches in dem System zurückgeblieben sein kann, nachdem das SiH< abgeschaltet wurde. Stickstoff von der Quelle 28 wird dazu verwendet, das Vakuum aufzuheben und atmosphärischen Druck innerhalb der Röhre 32 zu erzeugen.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Aufbringen einer polykristallinen Siliciumschicht auf eine Vielzahl von Halbleiterscheibchen, die in einem langgestreckten Ofen nebeneinander angeordnet sind und erhitzt werden, wobei eine gasförmige Siliciumverbindung dem Ofen von einer Eintrittsseite her zugeführt und auf der gegenüberliegenden Austrittsseite abgesaugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibchen von der Eintrittsseite in den Ofen eingebracht und derart im Ofen angeordnet werden, daß die mit dem polykristallinen Silicium zu beschichtende große Oberfläche jedes Scheibchens im wesentlichen senkrecht zu der Gasströmungsrichtung steht und die Scheibchen auf einem Mindestabstand von etwa 0,76 mm zwischen benachbarten Oberflächen gehalten sind, daß die Scheibchen auf einer Temperatur unterhalb von 7000C .2-tfgeheizt und nach dem Abschalten der Gasströmung durch die Eintrittsseite aus dem Ofen herausgenommen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Siliciumquelle SiH* S1CI2H2 und SiCb verwendet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das polykristalline Silicium auf Scheibchen aus Silicium, Germanium, Saphir, Spinell, Keramik, Siliciumdioxid, Wolfram und Molybdän abgeschieden wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das polykristalline Silicium auf eine Schicht aus Siliciumdioxid aufgebracht wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand dei Scheibchen zwischen 1,27 und 76 mm eingestellt wird.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen und die Scheibchen auf eine vorgegebene Betriebstemperatur aufgeheizt werden, bevor die gasförmige Siliciumverbindung in den Ofen eingesaugt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibchen im Ofen beim Aufheizen einem Vakuum zwischen 0,6 und 1,6 Pascal ausgesetzt werden.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer auf der Austrittsseite des Ofens angeordneten Abschirmung Rest-Silane vor dem Eintreten in die Vakuumpumpe abgelagert werden.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Absperren des Silan-Stromes restliche gasförmige Siliciumverbindungen mit einem Inertgas ausgespült werden.
10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Absperren des Silan-Stromes der Ofen mit Intertgas belüftet wird.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen durch eine Widerstandsheizung aufgeheizt wird.
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