DE1159567B - Device for the simultaneous production of flat diffusion fronts in several semiconductor bodies, in particular for transistors or diodes - Google Patents

Device for the simultaneous production of flat diffusion fronts in several semiconductor bodies, in particular for transistors or diodes

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DE1159567B
DE1159567B DET19126A DET0019126A DE1159567B DE 1159567 B DE1159567 B DE 1159567B DE T19126 A DET19126 A DE T19126A DE T0019126 A DET0019126 A DE T0019126A DE 1159567 B DE1159567 B DE 1159567B
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diffusion
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diodes
transistors
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DET19126A
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Dr Friedrich Wilhelm Dehmelt
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Telefunken Patentverwertungs GmbH
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Telefunken Patentverwertungs GmbH
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B31/00Diffusion or doping processes for single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure; Apparatus therefor
    • C30B31/06Diffusion or doping processes for single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure; Apparatus therefor by contacting with diffusion material in the gaseous state
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof

Description

Vorrichtung zum gleichzeitigen Herstellen ebener Diffusionsfronten in mehreren Halbleiterkörpern, insbesondere für Transistoren oder Dioden Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum gleichzeitigen Herstellen ebener Diffusionsfronten in mehreren Halbleiterkörpern, insbesondere für Transistore oder Dioden.Device for the simultaneous production of flat diffusion fronts in several semiconductor bodies, in particular for transistors or diodes The invention relates to a device for the simultaneous production of flat diffusion fronts in several semiconductor bodies, in particular for transistors or diodes.

Bei einem bekannten Verfahren zum Herstellen ebener Diffusionsfronten werden die mit einer Diffusionsschicht zu versehenden Halbleiterkristalle auf einen ebenen temperaturbeständigen Körper aufgebracht und in einem Ofen einem Diffusionsgas ausgesetzt. Dieses Verfahren findet bei kleineren Stückzahlen mit Erfolg Anwendung. Bei größeren Stückzahlen, bei denen größere Öfen erforderlich sind, wirken sich jedoch die in größeren Öfen praktisch immer vorhandenen Temperaturschwankungen nachteilig auf den Verlauf der Diffusionsfronten aus, wenn die Diffusionsschichten nach dem bekannten Verfahren hergestellt werden. Infolge der Temperaturschwankungen im Ofen läßt es sich nämlich nicht vermeiden, daß die Diffusionstiefe in Abhängigkeit von der Temperatur schwankt.In a known method for producing flat diffusion fronts the semiconductor crystals to be provided with a diffusion layer are applied to a flat temperature-resistant body applied and a diffusion gas in a furnace exposed. This process is used successfully for smaller quantities. With larger quantities, where larger ovens are required, have an effect however, the temperature fluctuations that are practically always present in larger ovens are disadvantageous on the course of the diffusion fronts when the diffusion layers after the known processes are produced. As a result of the temperature fluctuations in the oven namely, it cannot be avoided that the diffusion depth depends on the temperature fluctuates.

Zur Vermeidung dieser Nachteile wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß zur Aufnahme der mit einer Diffusionsschicht zu versehenden Halbleiterkörper ein zylinderförmiges Gefäß vorgesehen ist, daß zumindest ein Teil der Wand dieses zylinderförrnigen Gefäßes zum Durchlassen des Diffusionsgases siebartig durchlöchert ist, daß an der Innenwand dieses zylinderförmigenGefäßes senkrecht oder nahezu senkrecht zu dieser und zumindest teilweise gegen die Längsachse geneigte Wände zur Durchmischung der Halbleiterkörper angeordnet sind und daß Mittel zum Drehen des zylinderförmigen Gefäßes um die Längsachse vorgesehen sind.To avoid these disadvantages, it is proposed according to the invention that that for receiving the semiconductor body to be provided with a diffusion layer a cylindrical vessel is provided that at least part of the wall of this Cylindrical vessel perforated like a sieve for the passage of the diffusion gas is that on the inner wall of this cylindrical vessel perpendicular or nearly perpendicular to this and at least partially inclined to the longitudinal axis walls for mixing the semiconductor body are arranged and that means for rotating the cylindrical Vessel are provided around the longitudinal axis.

Bei einem weiteren bekannten Verfahren wird die leitungstypbestimmende Verunreinigung in Dampfform mit gesteuerter Geschwindigkeit in einen Diff usionsofen eingeführt und gleichzeitig wird das Halbleitermaterial an der Oberfläche des Halbleiterkörpers zwecks Ätzung mit einer solchen Geschwindigkeit verdampft, die der Diffusionsgeschwindigkeit der Verunreinigung im Halbleiterkörper vergleichbar ist. Eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist jedoch bei diesem bekannten Verfahren nicht vorgesehen.In a further known method, the line type-determining Contamination in vapor form at a controlled rate in a diffusion furnace introduced and at the same time the semiconductor material is on the surface of the semiconductor body evaporated for the purpose of etching at a rate equal to the rate of diffusion the contamination in the semiconductor body is comparable. A device according to however, the present invention is not provided for in this known method.

Dies gilt auch für ein anderesbekanntesDiffusionsverfahren, bei dem zur Einstellung, eines definierten Darnpfdruckes eine auswechselbareAmpulle zurAufnahme des zu behandelnden Festkörpers und der zu verdampfenden Substanz verwendet wird. Die Ampulle befindet sich dabei innerhalb eines evakuierbaren und gegebenenfalls heizbaren Gefäßes und ist durch äußere Mittel mehr oder weniger verschließbar. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung gegenüber den bekannten Verfahren besteht darin, daß sich mit Hilfe der beanspruchten Vorrichtung große Stückzahlen diffundierter Halbleiterkristalle herstellen lassen, deren Diffusionsschichten eine gleichmäßige Diffusionstiefe aufweisen.This also applies to another known diffusion method in which to set a defined can pressure an exchangeable ampoule for receiving of the solid to be treated and the substance to be vaporized is used. The ampoule is located within an evacuable and possibly heatable vessel and is more or less closable by external means. A The main advantage of the invention over the known methods is that that with the help of the claimed device diffused large numbers Let semiconductor crystals be produced whose diffusion layers have a uniform Have diffusion depth.

Als zweckmäßig hat sich erwiesen, die Mischtrommel zylinderförmig auszuführen und die ins Innere ragenden Leitflächen zur Erzielung einer Hin- und Herbewegung der Halbleiterplättchen in Richtung der Längsachse bei der Rotation der Mischtrommel abwechselnd derart anzuordnen, daß die eine Leitfläche in Längsrichtung der Mischtrommel von rechts nach links, die folgende von links nach rechts die Parallele zur Längsachse schneidet. Wegen der im Diffusionsofen herrschenden relativ hohen Temperaturen empfiehlt es sich, die ganze Vorrichtung aus Quarz auszubilden.It has proven to be useful for the mixing drum to be cylindrical execute and the inside protruding guide surfaces to achieve a back and forth Movement of the semiconductor wafers in the direction of the longitudinal axis during rotation the mixing drum to be arranged alternately in such a way that the one guide surface in the longitudinal direction the mixing drum from right to left, the following from left to right the parallel cuts to the longitudinal axis. Because of the relatively high levels prevailing in the diffusion furnace Temperatures, it is advisable to form the entire device from quartz.

Die Erfindung sei an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert In die erfindungsgemäße Mischtrommel 1, die etwa 5 cm lang sein mag, werden zunächst beispielsweise 5000 Plättchen mit einer Abmessung von je 3.3 mm eingebracht. Nach Abdecken der Trommelöffnung durch einen Schliff wird die Vorrichtung in einem Ofen, in welchem wegen der relativ geringen Abmessungen der Mischtrommel die Temperatur an allen Stellen konstant gehalten werden kann, gedreht und gleichzeitig einem Diffusionsgas, das durch die in die zylinderförmige Wand gebohrten Löcher 2 ins Innere eindringt, ausgesetzt. Infolge der Drehung fallen die Halbleiterplättchen immer wieder auf tiefer gelegene Leitflächen 3 und kommen alle gleich lange Zeit in die zur Diffusion günstige Lage, wodurch gleichmäßige Diffusionsschichten auf beiden Seiten der Plättchen hergestellt werden. Ein eventuell noch vorhandener Temperaturgradient in Längsrichtung der Mischtrommel wird durch die Schräggegeneinanderanordnung der Leitflächen, die bewirken, daß die- Halbleiterplättchen auf der einen Leitfläche nach hinten, auf der nächsten wieder nach vorne rutschen usw., unschädlich gemacht. Nach Beendigung des ganzen Prozesses, dessen Zeit sich bei konstanter Temperatur nach der gewünschten Eindringtiefe der diffundierenden Störstellen in die Halbleiterkristalle richtet, hat man in großer Zahl Halbleiterplättchen mit gleich tiefen, homogenen Diffusionsfronten hergestellt.The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment. In the mixing drum 1 according to the invention, which may be about 5 cm long, for example 5000 small plates, each with a dimension of 3.3 mm, are initially introduced. After the drum opening has been covered with a ground joint, the device is rotated in an oven, in which the temperature can be kept constant at all points due to the relatively small dimensions of the mixing drum, and at the same time a diffusion gas is released through the holes 2 drilled into the cylindrical wall Inside penetrates, exposed. As a result of the rotation, the semiconductor wafers fall again and again onto lower-lying guide surfaces 3 and all come into the position favorable for diffusion for the same length of time, as a result of which uniform diffusion layers are produced on both sides of the wafers. Any temperature gradient that may still be present in the longitudinal direction of the mixing drum is rendered harmless by the diagonal arrangement of the guide surfaces, which cause the semiconductor wafers to slide backwards on one guide surface, forwards again on the next, and so on. After the end of the whole process, the time of which depends on the desired depth of penetration of the diffusing impurities into the semiconductor crystals at constant temperature, a large number of semiconductor wafers with homogeneous diffusion fronts of the same depth have been produced.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE: 1. Vorrichtung zum gleichzeitigen Herstellen ebener Diffusionsfronten in mehreren Halbleiterkörpern, insbesondere, für Transistoren oder Dioden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufnahme der mit einer Diffusionsschicht zu versehenden Halbleiterkörper ein zylinderförmiges Gefäß vorgesehen ist, daß zumindest ein Teil der Wand dieses zylinderförmigen Gefäßes zum Durchlassen des Diffusionsgases siebartig duichlöchert ist, daß an der Innenwand des zylinderfönnigen Gefäßes senkrecht oder nahezu senkrecht zu dieser und zumindest teilweise gegen die Längsachse geneigte Wände zur Durchmischung der Halbleiterkörper angeordnet sind und daß Mittel zum Drehen des zylinderförmigen Gefäßes um die Längsachse vorgesehen sind. PATENT CLAIMS: 1. Device for the simultaneous production of flat diffusion fronts in several semiconductor bodies, in particular, for transistors or diodes, characterized in that a cylindrical vessel is provided for receiving the semiconductor body to be provided with a diffusion layer, that at least a part of the wall of this cylindrical vessel for Letting the diffusion gas through is sieve-like, that on the inner wall of the cylindrical vessel perpendicular or almost perpendicular to this and at least partially inclined to the longitudinal axis walls are arranged for mixing the semiconductor body and that means are provided for rotating the cylindrical vessel about the longitudinal axis. 2. Vorrichtung nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ins Innere ragenden Wände zur Erzielung einer Hin- und Herbewegung der Halbleiterkörper in Form von Plättchen während der Rotationsbewegung wechselweise derart angeordnet sind, daß die eine Wand eine Parallele zur Längsachse von rechts nach links, die darauffolgende Wand dagegen von links nach rechts schneidet. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zylinderförmige Gefäß mit den ins Innere ragenden Wänden aus Quarz besteht. 4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zylinderförmige Gefäß an seinem einen Ende fest verschlossen und an seinem anderen Ende durch einen Schliff abgedeckt ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1041166; österreichische Patentschrift Nr. 187 556; französische Patentschrift Nr. 1. 174 076. 2. Device according to spoke 1, characterized in that the walls protruding into the interior to achieve a back and forth movement of the semiconductor body in the form of platelets during the rotational movement are arranged alternately such that one wall is parallel to the longitudinal axis from right to left, the following wall, however, cuts from left to right. 3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the cylindrical vessel with the walls protruding into the interior consists of quartz. 4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the cylindrical vessel is firmly closed at one end and covered at its other end by a ground joint. Documents considered: German Auslegeschrift No. 1 041 166; Austrian Patent No. 187 556; French Pat. No. 1 174 076.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3922833A1 (en) * 1989-07-09 1991-01-10 Heinrich Dr Soehlbrand Semiconductor disc heat treatment oven - has inlet apertures in row(s) in inner processing tube

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DE1041166B (en) * 1956-12-21 1958-10-16 Siemens Ag Process for setting a defined vapor pressure in non-melted vacuum vessels for doping semiconductor crystals in the gas phase
FR1174076A (en) * 1956-05-18 1959-03-05 Western Electric Co Process for the manufacture of semiconductor bodies

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