DE1269293B - Rohrofen zur Herstellung von Halbleiterbauelementen - Google Patents

Description

• Rohrofen zur Herstellung von Halbleiterbauelementen In der Halbleitertechnik finden Heiz- und Durchlauföfen vielfältige Verwendung. So muß beispielsweise bei der Herstellung epitaktischer Schichten in einem abgeschlossenen Rohr ein Temperaturgefälle erzeugt werden. Es werden heute vielfach Öfen aus einem Quarz- oder aus einem Keramikrohr verwendet, das an seiner Außenwand eine Anzahl aneinandergereihter Heizwicklungen trägt. Jede dieser Heizwicklungen weist im allgemeinen einen gesonderten Regler auf und kann unabhängig von den anderen Wicklungen beliebig stark geheizt werden, so daß die Funktion der Temperatur in Abhängigkeit der Längsausdehnung des Rohres in bestimmtem Umfang variabel ist. Der einstellbare Temperaturverlauf richtet sich dabei nach der Anzahl der Heizwicklungen, die auf der Oberfläche der Außenwand des Rohres verteilt sind. In vielen Fällen steht aber ein solcher Ofen, dessen Temperaturprofil im Ofeninnern variabel ist, nicht zur Verfügung, und man behilft sich oft mit mehreren, aneinandergereihten Rohröfen, von denen jeder nur eine Heizwicklung trägt. Da sich Abstände zwischen diesen Ofen nicht ganz vermeiden lassen, hat man an den Zusammenbaustellen ein oft störendes Temperaturgefälle.
• So wird vor allem für die Versuchausführung in Laboren, aber auch für Serienfertigungen ein neuartiger Rohrofen zur Herstellung von Halbleiterbauelementen vorgeschlagen, dessen Temperaturverlauf im Innern weitgehend variiert werden kann und bei dem vorgesehen ist, daß der Ofen aus mehreren ineinandergeschobenen und gegeneinander verschiebbaren Rohren besteht, wobei jedes Rohr zumindest in einem Teilbereich seiner Mantelfläche eine oder mehrere Heizwicklungen trägt.
• Die Erfindung hat den wesentlichen Vorteil, daß sich zahlreiche Temperaturprofile mit derselben Anlage herstellen lassen, ohne daß dazu ein komplizierter Aufbau erforderlich ist. Der Regelumfang ist sehr groß, und nicht vermeidbare Temperaturgefälle, wie sie beim Zusammenbau mehrerer Ofen an den Verbindungsstellen auftreten, sind ausgeschlossen. Der Platzbedarf ist gering, und der Aufbau der Anlage ist äußerst einfach.
• Die Erfindung soll noch an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. In F i g. 1 wird noch kurz auf den prinzipiellen Aufbau eines herkömmlichen Ofens eingegangen, während an Hand der F i g. 2 der Aufbau eines erfindungsgemäßen Ofens erläutert werden soll; F i g. 3 zeigt eines der möglichen einstellbaren Temperaturprofile mit Hilfe eines aus drei Rohren bestehenden Ofens.
• Zunächst zeigt F i g. 1 einen Ofen bekannter Bauweise, bei dem auf der Außenwand eines Quarz- oder Keramikrohres 1 drei Heizwicklungen 2, 3 und 4 untergebracht sind, die zur Erwärmung an jeweils eine Stromquelle angeschlossen werden. Mit Hilfe dieser Wicklungen können in der Hauptsache drei verschiedene Temperaturzonen im Ofeninnern erzeugt werden, wie sie beispielsweise zur Abscheidung epitaktischer Schichten erforderlich sind. Der Temperaturverlauf zwischen diesen Gebieten wird weitgehend vom Abstand der Heizwicklungen bestimmt, der nicht variabel ist bzw. im Fall der Verwendung von drei zusammengebauten Rohröfen nicht beliebig klein gemacht werden kann. Bei Ofen, die einen Aufbau nach F i g. 1 aufweisen, besteht immer die Gefahr, daß die Temperaturkurve zwischen zwei Temperaturniveaus durchhängt, d. h. daß sich zwischen den beiden Niveaus eine Temperatur einstellt, die kleiner ist als jede der beiden benachbarten Temperaturniveaus.
• Demgegenüber besteht der in F i g. 2 dargestellte Ofen aus drei ineinandergeschobenen Rohren 5, 6 und 7. Jedes Rohr trägt eine Heizwicklung, wobei bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel das äußerste Rohr 5 eine über die ganze Mantelfläche verteilte Heizwicklung 8 trägt, während die beiden inneren Rohre 6 und 7 nur auf einem Teil der Mantelfläche, und zwar vorteilhafterweise an verschiedenen Stellen, eine Heizwicklung 9 bzw. 10 aufweisen. Je nach der Stellung, .die die Rohre bzw. deren Wicklungen gegeneinander haben, und in welchem Ausmaß die Wicklungen geheizt werden, kann nun das Temperaturprofil im Arbeitsraum des innersten Rohres in großem Umfang variiert werden. Mit Hilfe von drei Rohren und einer Verteilung der Heizwicklungen, wie sie in F i g. 2 dargestellt ist, können drei Zonen verschiedener Temperatur an beliebigen Stellen im Bereich des feststehenden äußeren Rohres erzeugt werden. Ein der Rohrstellung in F i g. 2 entsprechendes Temperaturprofil zeigt die F i g. 3. Die mit Wicklungen versehenen Rohre werden, wie dies auch bislang der Fall war, im allgemeinen aus Quarz oder aus Keramik bestehen; es ist aber durchaus möglich, diese äußeren Rohre zur verbesserten Wärmeabgabe an das innerste Rohr mit Aussparungen zu versehen bzw. diese ganz netz- oder geflechtartig aufzubauen. Man kann beim Aufbau dieser Anlage von einem handelsüblichen, aus einem Heizrohr mit einer einzigen Heizwicklung bestehenden Ofen ausgehen und in dessen fest eingebautes Rohr je nach Bedarf und nach der Aufgabenstellung aus einem Sortiment vorrätiger Rohre die geeigneten inneren Rohre einbauen. Die Heizrohre sind an ihren Enden offen, wobei in das innerste Heizrohr das Arbeitsgefäß eingelegt oder eingehängt wird.
• Die Rohre können entweder manuell oder mit den verschiedenartigsten Hilfsmitteln verschoben werden. Es können zur Relativverschiebung der Rohre auch besondere Hebelvorrichtungen gebaut werden, oder man verschiebt die Rohre mit Hilfe steuerbarer Motoren. Sowohl das innerste als auch das äußerste Rohr kann fest eingebaut sein, während die anderen Heizrohre gegen diese verschoben werden. Die Rohre müssen nicht alle gleich lang sein, sondern es können auch kurze Rohrstücke verwendet werden, an die dann allerdings ein Arm oder ein Gestänge zur Verschiebung der Rohre von außen angebracht werden muß. Bei einer weiteren Verbesserung der Anlage werden auf jedes Rohr zwei oder noch mehr Heizwicklungen aufgebracht, so daß schon bei der Verwendung von zwei oder drei Rohren eine große Anzahl verschiedener Temperaturprofile eingestellt werden kann. Bei sehr einfachen Aufbauten können die Heizrohre ohne Verwendung geeigneter Abstandhalter ineinandergesteckt und auf den Wicklungen gleitend gegeneinander verschoben werden; bei verbesserten Anlagen werden an die Außenwand jedes Rohres gelagerte Kugeln oder Walzen, die eventuell gefedert sind, angebracht. Sie sorgen einmal für einen gleichmäßigen Abstand der Rohrwände an allen Seiten und erleichtern das Verschieben der Rohre wesentlich, da nun die gelagerten Kugeln oder Walzen mit geringer Reibung auf der Innenwand eines äußeren Rohres rollen.

Claims (6)

1. Patentansprüche: 1. Rohrofen zur Herstellung von Halbleiterbauelementen, bei dem der Funktionsverlauf der Innentemperatur in Abhängigkeit von der Längsausdehnung des Ofens weitgehend variiert werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen aus mehreren ineinandergeschobenen und gegeneinander verschiebbaren Rohren (5, 6, 7) besteht, wobei jedes Rohr zumindest in einem Teilbereich seiner Mantelfläche eine oder mehrere Heizwicklungen (8, 9,10) trägt.
2. 2. Rohrofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das innerste Rohr (7) festgehalten und die über dieses Rohr geschobenen weiteren Heizrohre (5, 6) beweglich angeordnet sind.
3. 3. Rohrofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das äußerste Rohr (5) festgehalten und die weiteren inneren Heizrohre (6,7) beweglich angeordnet sind.
4. 4. Rohrofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an den Außenwänden der Rohre federnd gelagerte Rollen oder Kugeln angebracht sind.
5. 5. Rohrofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (5, 6,7) verschieden lang sind.
6. 6. Rohrofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch seine Verwendung zur Herstellung epitaktischer Schichten auf Halbleiterkörpern oder zur Eindiffusion von Störstellenatomen in einen Halbleiterkörper.