DE1284809B - Verfahren und Anordnung zur AEnderung des Diffusionsprofils - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren neuerlichen Verschließung des Systems zu reinigen, zur Änderung des Diffusionsprofils eines Stoffes in Erst dann erfolgt infolge der nun stattfindenden zueinem Grundmaterial durch Wärmebehandlung in sätzlichen Ausdiffusion ein Absinken der Oberfläeinem abgeschlossenen Reaktionsraum mit einer chenkonzentration,

vom Grundmaterial räumlich getrennten Diffusions- 5 Sowohl bei den Diffusionsverfahren im offenen stoffquelle. System als auch bei den Diffusionsverfahren mit nor-

Die bisher bekannten Diffusionsverfahren ermög- malern Reaktionsgefäß, bei denen nach einer belichen nicht ohne weiteres die gezielte Änderung spe- stimmten Zeit die Diffusionsstoffquelle herausgenomzieller Diffusionsprofile. Unter einem Diffusionspro- men werden muß, gelangen während des Diffusionsfil versteht man den Gradienten der in das Grund- io prozesses zwangläufig Verunreinigungen an die Obermaterial eindiffundierten Stoffkonzentration. Solche fläche des Grundmaterials. Solche zum Teil nur spugewünschten Diffusionsprofile können im allgemei- renhafte Verunreinigungen dringen bei der relativ nen nur unter sehr hohem Aufwand hergestellt hohen Diffusionstemperatur in das Grundmaterial ein werden. und verändern in unkontrollierbarer Weise dessen

Es sind sowohl Diffusionsverfahren in offenen als 15 Eigenschaften. Beispielsweise kann bei einem Grundauch in geschlossenen Systemen bekannt. Bei der material aus Silizium durch Bildung von Rekombina-Diffusion im offenen System wird der diffundierende tionszentren die Ladungsträgerlebensdauer in einem Stoff beispielsweise über einen Schutzgasstrom an Maße verschlechtert werden, daß das Silizium für das Grundmaterial herangebracht. Die Oberflächen- eine Weiterverwendung als steuerbarer Gleichrichter konzentration kann bei diesem Verfahren dadurch in ao unbrauchbar wird.

Grenzen eingestellt werden, daß nach einer gewissen Die vorliegende Erfindung zeigt nun eine Möglich-

Diffusionszeit die Diffusionsstoffquelle entfernt und keit, die Mängel der bekannten Verfahren zu beseianschließend unter einem Schutzgasstrom der bereits tigen, während die Vorteile dieser Verfahren gewahrt eingedrungene Diffusionsstoff weiter eindiffundiert bleiben.

wird. Während der unter Schutzgas ablaufenden wei- 25 Die Erfindung besteht darin, daß zunächst eine teren Eindiffusion findet an der Oberfläche des vorbestimmte Menge an Diffusionsstoff eindiffun-Grundmaterials gleichzeitig eine gewisse Ausdiffusion diert und dann, ohne Zufuhr eines weiteren Stoffes, statt, so daß die Oberflächenkonzentration stark ab- die Wärmebehandlung bis zur Erzielung des gegesenkt wird. Wenn mit diesem Verfahren ein in wünschten Profils fortgesetzt wird.
Grenzen vorbestimmter Diffusionsverlauf erzielt wer- 30 Zur Durchführung des Verfahrens dient erfinden soll, ist es notwendig, mehrere Parameter teil- dungsgemäß eine Anordnung, bei der der abgeschlosweise über längere Zeit konstant zu halten. Das sene Reaktionsraum aus zwei Teilen zur räumlich Konstanthalten mehrerer Parameter, beispielsweise getrennten Aufnahme des Grundmaterials und der Temperatur, Geschwindigkeit und Reinheit des Diffusionsstoffquelle besieht, die über einen Teil mit Schutzgasstromes, ist ohne größeren Aufwand nicht 35 kleinerem Querschnitt miteinander verbunden sind, durchzuführen. und daß für die beiden ersten Teile je ein Heizofen

Beim Diffusionsverfahren in einem abgeschlosse- vorgesehen ist.

nen System wird bekannterweise der diffundierende Anordnung und Verfahren der Erfindung seien

Stoff durch den Dampfdruck von der Diffusionsstoff- nun an Hand der Figur näher beschrieben,
quelle an das Grundmaterial herangebracht. Eine ge- 40 Das Reaktionsgefäß 1 wird in bekannter Weise wünschte Oberflächenkonzentration kann dabei da- gereinigt und ausgeglüht, damit es sich während des durch eingestellt werden, daß als Reaktionsgefäß ein Diffusionsvorganges völlig neutral verhält. Die beizur Aufnahme der Diffusionsstoffquelle und des den Teilreaktionsräume sind durch die Heizvorrich-Grundmaterials besonders geeignetes Gefäß benutzt tungen 2 getrennt heizbar. In dem einen Teilreakwird, das zwischen Grundmaterial und Diffusions- 45 tionsraum wird die Djffusionsstoffquelle 3, in dem stoffquelle einen ausreichend großen Abstand zuläßt, anderen das Grundmaterial 4 eingebracht. Auf der so daß das Grundmaterial bedarfsweise auf eine Verbindungsstelle zwischen den beiden Teilreaktionsandere Temperatur gebracht und gehalten werden räumen, die einen kleineren Querschnitt hat, ist bei 5 kann, als die Diffusionsstoffquelle. Es ist weiterhin eine Kühlfalle und/oder eine vorbereitete Stelle zum bekannt, die Temperatur in der Zwischenzone zwi- 50 Abschmelzen des Teilreaktionsraumes, der das sehen Diffusionsstoffquelle und Grundmaterial zu Grundmaterial enthält, angebracht. Die Anordnung regeln, dadurch wird der Dampfdruck des Diffusions- kann gegebenenfalls mit einem Schutzgas gefüllt und stoffes und damit dessen Eindringtiefe beeinflußt auf geeigneten Druck gebracht werden,
(deutsche Auslegeschrift 1142094). Die dabei auf- In einem ersten Schritt des Verfahrens findet nun

tretenden Schwierigkeiten bestehen in der Haupt- 55 eine Vordiffusion statt; über geeignete Wahl der sache darin, eine zwischen den beiden Reaktionsräu- Temperaturen wird eine vorbestimmte Menge an men gewünschte Temperatur und die Temperaturen Diffusionsstoff in das Grundmaterial, ζ. Β. einem des Grundmaterials und des Diffusionsstoffes kon-. Halbleitermaterial, eindiffundiert. Die benötigte Difstant zu halten, um einen ungestörten Ablauf des fusionszeit hängt von der gewünschten Diffusions-Verfahrens zu gewährleisten. Besonders nachteilig ist 60 tiefe ab. Meist wird bei der Vordiffusion nur eine dabei, daß große Reaktionsgefäße, beispielsweise aus geringe Diffusionstiefe gewünscht, so daß diese Dif-Quarz, sehr kostspielig sind. Wird im Gegensatz da- fusionszeit relativ kurz ist. Um nun nach der Vorzu eines der normalen, üblichen Reaktionsgefäße be- diffusion durch Verändern des Gradienten der Difnutzt, so muß nach einer bestimmten Diffusionszeit fusionsstoffkonzentration das gewünschte Diffusionsdas System abgekühlt und geöffnet werden, um die 65 profil zu erhalten, werden in weiteren Verfahrens-Quelle herausnehmen zu können. Vor der Weiter- schritten die Temperaturen der einzelnen Reaktionsdiffusion unter entsprechend hoher Temperatur ist es räume verändert. Nach abgeschlossener Vordiffusion jedoch nun erforderlich, das Grundmaterial vor der wird z. B. die Wärmebehandlung bei verminderter

Temperatur der Diffusionsstoffquelle fortgesetzt. Dadurch wird ein tieferes Eindiffundieren in das Grundmaterial erreicht, ohne daß dabei die Oberflächenkonzentration des Diffusionsstoffes im Grundmaterial wesentlich zunimmt. Kühlt man die Diffusionsstoffquelle noch weiter ab, so wird bewirkt, daß sich die dampfförmige Diffusionssubstanz auf der Seite der Diffusionsstoffquelle niederschlägt und nicht mehr auf das Grundmaterial wirkt.

Ein weiterer vorteilhafter Verfahrensschritt ist die thermische Trennung der Diffusionsstoffquelle von dem Grundmaterial. Diese Trennung kann durch Kühlen mit der Kühlfalle 5 an dem Verbindungsraum zwischen dem Grundmaterial und der Diffusionsstoffquelle erreicht werden. Außerdem kommt noch hinzu, daß sowohl Grundmaterial als auch Diffusionsstoffquelle von je einem eigenen Heizofen aufgeheizt werden; diese beiden Heizungen sind rasch und einfach zu entfernen, so daß der zu der Diffusionsstoffquelle gehörende Heizofen entfernt so und damit eine starke Temperaturdifferenz zwischen dem weiter aufgeheizten Grundmaterial und der nicht mehr geheizten Diffusionsstoffquelle erreicht werden kann. Die zwischen beiden Teilreaktionsräumen angebrachte Kühlfalle verhindert dabei, daß von der Diffusionsstoffquelle her noch weiterhin diffundierende Substanz zum Grundmaterial gelangen kann.

Eine Weiterbildung des Erfindungsgedankens besteht darin, das Reaktionsgefäß zwischen Grundmaterial und Diffusionsstoffquelle gasdicht abzutrennen und dabei den das Grundmaterial enthaltenden Teil des Reaktionsgefäßes gleichzeitig sowohl gegen die Diffusionsstoffquelle als auch gegen die Außenwelt vakuumdicht zu verschließen. Man erreicht dieses gasdichte Abschließen durch Abschmelzen an der dafür vorgesehenen Abschmelzstelle 5. Dieses so vorliegende neue, vakuumdicht verschlossene Reaktionsgefäß enthält nun nur noch das Grundmaterial ohne weitere Diffusionsstoffquelle. Der neue Verfahrensschritt, die mechanische und die thermische Trennung von Grundmaterial und Diffusionsstoffquelle, gewährleistet, daß das Grundmaterial in keiner Weise von außen her verunreinigt werden kann. Die daran anschließende Weiterdiffusion kann mit Vorteil bei wesentlich höherer Temperatur vorgenommen werden, wodurch innerhalb kurzer Zeit eine große Diffusionstiefe zu erzielen ist, ohne die eingestellte geringe Oberflächenkonzentration zu erhöhen. Die Weiterdiffusion unter hoher Temperatur bewirkt sogar noch eine gewisse Ausdiffusion aus der Oberfläche, so daß noch eine geringfügige Verringerung der Oberflächenkonzentration auftreten kann. Anordnung und Verfahren, die in der vorliegenden Erfindung beschrieben werden, lassen sich vorteilhaft anwenden, wenn man als Grundmaterial ein Halbleitermaterial verwendet und dorthinein als Diffusionsstoff Dotierungsmaterialien eindiffundieren läßt.

Mit dem vorliegenden Diffusionsverfahren lassen sich besonders vorteilhaft insbesondere flache Diffusionsprofile erzeugen, wobei während einer oder mehrerer Vordiffusionsschritte eine bestimmte, der gewählten Diffusionstemperatur entsprechende Oberflächenkonzentration eingestellt wird. Die Nachoder Weiterdiffusion bei geeigneter höherer Temperatur gewährleistet das Erzielen einer großen Eindringtiefe der eindiffundierenden Substanz innerhalb eines vernünftigen Zeitraumes. Während des gesamten Diffusionsvorganges, insbesondere aber auch bei der Entnahme der Diffusionsstoffquelle, bleibt das Grundmaterial auf diese Weise gegen eine mögliche Verunreinigung von außen her geschützt.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Änderung des Diffusionsprofils eines Stoffes in einem Grundmaterial durch Wärmebehandlung in einem abgeschlossenen Reaktionsraum mit einer vom Grundmaterial räumlich getrennten Diffusionsstoffquelle, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine vorbestimmte Menge an Diffusionsstoff eindiffundiert und dann, ohne Zufuhr eines weiteren Stoffes, die Wärmebehandlung bis zur Erzielung des gewünschten Profils fortgesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung bei verminderter Temperatur der Diffusionsstoffquelle fortgesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung bei verminderter Temperatur des Reaktionsraumes zwischen dem Grundmaterial und der Diffusionsstoffquelle fortgesetzt wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil des Reaktionsraumes, in dem sich das Grundmaterial befindet, zur weiteren Wärmebehandlung gasdicht abgetrennt wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Grundmaterial ein Halbleitermaterial und als Diffusionsstoff ein Dotierungsmaterial verwendet wird.

6. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der abgeschlossene Reaktionsraum aus zwei Teilen zur räumlich getrennten Aufnahme des Grundmaterials und der Diffusionsstoffquelle besteht, die über einen Teil mit kleinerem Querschnitt miteinander verbunden sind, und daß für die beiden ersten Teile je ein Heizofen vorgesehen ist.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich in dem Teil mit dem kleineren Querschnitt eine Kühlfalle befindet.

8. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil mit kleinerem Querschnitt als Abschmelzstelle ausgebildet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen