DE1457139A1 - Verfahren zum Herstellen von Halbleiteranordnungen - Google Patents

Description

• Verfahren zum Tierstellen von HalbleiteranordnumR$n rmrr Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Halbleiteranordnungen, bei dem ein strömendes Behandlungsgas auf erhitzte Halbleiterkörper zur Einwirkung gebracht und dae Behandlungsgas aus mindestens zwei Komponenten hergestellt wird, indem die eine Komponente als Tr!".gergas über eine das zweite Gas abgeben de Que.le geleitet und auf diese Weise mit der zweiten Komponente vermischt wird.
• '.:in solches Verführen wird v. B. bei der Herstellung von Siliziumochichten aus gasförmigen SiG.14 =d/oder "i84 angewendet, das mit einem irlerten oder reduzierenden Gas, insbesondere Wasserstoff, vermischt wird. Ein anderes Beispiel ist durch die sogenanuten G-sdiffusionsprozesse gegeben, bei dem eine gasförmige Motierungszubstan.zs z. D. ein Dampf aus Phosphor- oder Boroaid, mit einem iwerten oder reduzierenden Trägergas vermischt werden soll. Schlie lich wendet man in der Halbleitertechnik häufig gasförmige Reskt@onscto'fe zum Ätzen von Halbleiterkörpern und anderen Halbfabrikaten an, wozu ebenfalls die im allgemeinen sehr aggressiven gasförmigen Reaktionsstoffs mit einem verdünnend wirkenden Gae vermischt werden müssen.

  Bei einem solchen Verfahren ist, wie gemäß der Erfindung erkv=t

  wurde, eine möglichst grUadliche Durchnischung der Bestandteile

  des Reaktionsgases im Interesse reproduzierbarer Ergebnieao voa

  großer Wichtigkeit, so daß sich dis Anaendut« vom an eich beks»-

  ten, die Dur chmis chung fördernden gasdin«iae'hen Ni t teln enptisblt

  Eine bekannte Vorrichtung zum Diapergieren einen flüaaigft oder

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  sion$mittel unter Verraadtwg Fron aaNIellan Sahwimgbe»gatn 1

  her Frequenz, vorzugsweise von Schall- oder Ultraschallfrequenz, weist ein engporiges Filter auf, durch das das zu dispergierende Mittel unter Druck dem in Schwingbewegun"-- befindlichen Dispersionsmittel zugeführt wird. Hier wird also im Gegensatz zu dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht das erhaltene Gemisch, sondern nur eine Komponente durch das Strömungshindernis geführt. Ein ähnliches Verfahren zum Vermischen von Gasen zerlegt die zu vermischenden Ströme in Teilströme, die miteinander zur Vereinigung gebracht werden.
• Demgegenüber sieht die Erfindung zur Verbesserung des eingangs genannten Verfahrens vor, daß das nach Vermischung der Komponenten erhaltene Gas von Druckwellen durchlaufen und über ein sich quer zur Strömungsrichtung erstreckendes Hindernis den zu behandelnden Halbleiterkörpern derartig zugeführt wird, daß sich über den gesamten auszunutzenden Strömungsquerschnitt des Gases Verwirbel.ung einstellt. t Vorzugsweise wird dabei als Hindernis eine sich über den gesamten Strömungsquerschnitt erstreckende zaun- oder gitterartige Blende verwendet, obwohl natürlich auch andere günstige Blendenformen möglich sind. Bevorzugt werden die zu vermischenden Gase aus verschiedenen Quellen über sich vereinigende Rohre zusammengeführt, welche nach ihrer Vereinigung als einziges Rohr weiter zur Verwendungsstelle des Gases, insbesondere einem zur egitaktischen Abscheidung oder zur Gasdotierung bestimmten Gefäß geführt sind. Dann wird in einer bevorzugten Ausführungsfern des erfindungsgemäßen Verfahrens in dem Gasstrom zwischen der Vereinigungsstelle der beiden gasförmigen Bestandteile und der als Verbraucher dienenden Reaktionsgefäß mindestens eine solche Blende angeordnet. Ferner wird bei allen Varianten des erfindungsgemäßen Verfahren; die die Druckerellen erzeugende Energieauelle bevorzugt in unmittelbarer Berührung mit dem strömenden Gas gehalten. Bei der oben erwähnten bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens befindet sich die die Druckwellen erzeugende Energiequelle bevorzugt - von der Verbraucherstelle aus betrachtet - hinter der die Verwirbelung erzeugenden Hindernis. Von dieser bevorzugten Ausführungsform kann z.B. abgegangen , werden, indem das Hindernis gleichzeitig als Quelle für mindestens `einen der zu vereinigenden Bestandteile dient.
• Eine andere Möglichkeit der Abweichung von dem bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht darin, daß man die die Druckwellen erzeugende Energiequelle und/oder die Vereinigungsstelle der zu vermischenden gasförmigen Bestandteile zwischen dem Hindernis und dem Verbraucher anordnet, viobei im ersten Fall die Druckerellen wenigstens teilweise der Gasströmung entgegenlaufen. Die bevorzugt gleichsinnig mit der Strömung des Gases laufenden Druckwellen werden zweckmäßig mit einem zeitlichen Abstand von mindestens einer Welle pro Sekunde, vorzugsweise mit Schall- oder Ultraschallfrequenz, durch das Gas geführt. Dem entspricht es, daß zur Erzeugung der Druckgellen als Energiequelle eine pulsierende Membran, insbesondere ein-Ultraschallsender, bzvr. eine Pfeife, bzvr. eine Lochsirene mit Vorteil verwendet und in dem strömenden Gas betrieben wird. Als weitere Alternative bietet sich eine periodische Drosselung des Gasstromes an.
• Als Hauptanwendungsgebiet des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vor allem die Halbleitertechnik mit den Verfahren der Epitaxie und des Gasdotierungsverfahrens, bzvr. die Ätztechnik mit gasförmigen Ätzmitteln zu nennen. Die materielle Natur der beteiligten Apparateteile -Ast nach den jeweiligen, der Halbleitertechnik wohlbekannten Gesichtspunkten auszuwählen. In Figur 1 ist eine unter Verviendung des erfindungpgemäßen Verfahrens arbeitende Gasotierungsanlage schematisch dargestellt, während Figur 2 ein zaunartiges Hindernis zur Erzeugung einer Veririrbelung zeigt. In Figur 3 ist ein einfaches Beispiel einer Apparatur zur Erzeugung der Druckhellen indem strömenden Gas dargestellt.
• In Figur 1 bedeutet 1 ein aus Quarz bestehendes rohrförmiges Dotierungsgefäß, welches sich innerhalb eines in der Zeichnung nicht dargestellten rohrförmigen Ofens mit einer für Dotierungszwecke bekannten Temperaturverteilung befindet. Die für die Gasdotierung <<resentlichen Bestandteile der Apparatur sind die zu dotierenden, z.B. aus Silizium bestehenden einkristallinen Scheiben 2 und eine z.B. aus festem Dotierungsstoff (z.B. B2B3) bestehende Quelle.3, vielche infolge der Erhitzung dotierendes Gas, z.B. B203-Dampf, abgibt. Dieses dotierende Gas wird mittels eines z.B. aus Argon bestehenden, das Dotierungsrohr 1 an der Stelle 4 betretenden inerten Gasstromes den zu dotierenden, auf Dotierungstemperatur erhitzten Siliziumscheiben 2 zugeführt. Als wesentliche für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Beispielsfalle erforderlichen Bestandteile ist u.a. zunächst ein sich quer zum Strömungskanal des die Quelle '3 verlassenden Gases erstreckendes Hindernis 5 zu nennen. Dieses ist so auszugestalten, d aß die Siliziumacheiben 2 nur mit infolge des Kontaktes mit dem Hindernis 5 vervrirbelten Gas in Berührung gelangt.` Sollte demnaQb" O.U"I-liip@eZI%:#p aufgrund einer besonderen Gestaltung nicht in der Zage sein, den gesamten Gasquerschnitt zu verwirbeln, so müssen die zu be-schich tenden Scheiben; sämtlich im "Schatten" des Hindernisses 5 liegen. Sollte dies aus räumlichen Gründen nicht möglich sein, so muß für die überschüssigen Siliziumscheiben eine neue Verwirbelung des dotierenden Gases mittels eines weiteren Hindernisses erfolgen.
• Ein Hindernis, das sich in der Praxis bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorzüglich bewährt hat, ist in Frontalansicht in Figur 2 dargestellt. Das zaunartige Hindernis erfüllt zweckmäßig den gesamten lichten Querschnitt des mit 1 bezeichneten Dotierungsrohres. Als Material für das Hindernis empfiehlt sich für den vorliegenden Zweck - ähnlich wie bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Zwecke der Epitaxie - reiner Quarz.
• Als weiterer wesentlicher Bestandteil zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die Mittel 6 zur Erzeugung der Druckwellen zu nennen. Im Beispiel der Anordnung gemäß Figur 1 befinden sich diese Iviittel nur in der Strömung eines der beiden zu vermischenden Gasteile, obwohl es auch An anderer Stelle sich befinden könnte. (Die dargestellte Anordnung wurde aus Temperaturgründen getroffen.) Das aus einer Argonbombe stammende Argon wird über ein nicht gezeichnetes Gasfilter und einen ebenfalls n:.cht gezeichneten Strömungsmesser zunächst der zur Erzeugung der Druckerellen dienenden Apparatur 6.dann dem Dotierungsrohr 1 an der Eintrittsstelle 4 zugeführt. Die zur Erzeugung der Druckellen dienende Apparatur 6 kann z.B. die in der Figur 3 iih Längsschnitt dargestellte Beschaffenheit aufweisen. Diese Apparatur 6 besteht aus einem Sockel 7 mit einer Eintrittestelle 8 und einer Austrittsstelle 9 für das periodisch zu verdichtende Argon. Nach dem Eintreten des Gases an der Stelle 8 passiert dieses einen als Strömungswiderstand wirkenden Engpaß 10. (An der Austrittsstelle 9 ist hingegen aus leicht ersichtlichen Gründen ein solcher Engpaß nicht vorg-esehen). Nach dem Passieren des Strömungsviiderstandes 10 gelangt das zu komprimierende Argon in eine Verdichtungskammer 11, iielche mittels einer Gummimembrane 12 abgeschlossen ist, die mit einen Magneten 13 belastet ist. (Die Verdichtungskammer 11 ist natürlich gegen den Außenraum gasdicht abgeschlossen, wobei in Falle einer Anordnung nach Figur-3,@der Magnet 13 zusammen mit der Gummimembrane 12 den Abschluß bildet. Der IJagnet muß von der Gummimembrane beweglich und zugleich gasdicht gehaltert sein. Durch die Einwirkung eines z.B: mit Netzwechselstrom betriebenen Elektromagneten 14 wird der Magnet 13 in vibrierende Betregung versetzt, so daß periodische Verdichtungen des die Kammer 11 durchströmenden Argons entstehen. Das die Apparatur an der Stelle 9 verlassende mit Druckwellen versehene Argon wird unmittelbar an der Eintrittsstelle 4 dem Dotierungsrohr 1 zugeführt.. Die Amplitude der Druckerellen an Ort des Hindernisse: 5 wird zweckmäßig auf mindestens 10 Vlatt/cm2 eingestellt: Das beschriebene Ausfvhrungsbeispiel läßt sich ohne Schwierigkeiten auf andere fälle, bei denen zwei oder mehrere Gase miteinander vermischt raerden müssen, übertragen: Abwandlungen .
• und Ergänzungen ergeben sich zum großen Teil bereits aufgrund der vorstehenden Ausführungen, so daß weitere Erläuterungen nichtmehr als notwendig erscheinen.
• Die Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt sich z.D.'darin, daß die Streuungsbreite der elektrischen Eigenschaften von sonst unter genau gleichen Bedingungen her-'gestellten diffundierten Halbleiteranordnungen durch AnwencUng des erfindungsgemäßen Verfahrens auf den 3. bis 4. Teil reduziert werden kann.

Claims (14)

1. P a t e n t ans p r ü c h e 1. Verfahren zum Herstellen von Halbleiteranordnungen, bei dem ein strömendes Behandlungsgas auf erhitzte Halbleiterkörper zur Einwirkung gebracht und das Behandlungsgas aus mindestens zwei Komponenten hergestellt wird, indem die eine Komponente als Trägergas über eine das zweite Gas abgebende Quelle geleitet und auf diese Weise mit der zweiten Komponente vermischt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das nach Vermischung der Komponenten erhaltene Gas von Druckwellen durchlaufen und über ein sich quer zur Strömungsrichtung erstreckendes Hindernis den zu behandelnden Halbleiterkörpern derartig zugeführt wird, daß sich über den gesamten auszunutzenden Strömungsquerschnitt des Gases Verwirbelung einstellt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Hindernis eine über den gesamten Strömungsquerschnitt erstreckende zaun- oder gitterartige Blende verwendet wird..
3. 3. Verfahren nach Anspruch l oder 2, gekennzeichnet durch ein gleichzeitig als Quelle für mindestens einen der zu vereinigenden gasförmigen Bestandteile ausgestaltetes Hindernis.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckwellen mit einem zeitlichen Abstand von mindestens 1 Welle pro sec., vorzugsweise mit Schall- oder Ultraschallfrequenz, durch das Gas geführt werden.
5. 5. Verfahren nach cinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die Druckwellen erzeugende Energiequelle in unmittelbarer Berührung mit dem strömenden Gas gehalten wird.
6. 6. Verfahren nach einen der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckwellen gleichsinnig mit der Strömung des Gases durch dieses geführt iierden.
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckwellen durch eine pulsierende Membran, insbes. einem Ultraschallsender, und/oder eine Pfeife und/oder eine Lochsirene erzeugt Herden. . B.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität der Druckwellen am Ort mindestens eines Hindernisses mindestens 10 6 Watt /cm 2 beträgt. g.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch die Anwendung beim epitaktischen Abscheiden von Halbleitermaterial auf einem Substratkörper unter Verwendung eines aus mindestens einem aktiven Bestandteil und mindestens einem verdünnenden Bestandteil zusammengesetzten Reaktionsgases.
10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch Anwendung zur Erzeugung eines dotierenden, aus einem aktiven Bestandteil und einem verdünnenden inerten Bestandteil bestehenden dotierenden Gases.
11. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 10, gekennzeichnet durch die Anwendung beim Ätzen für Halbleiterzwecke unter Verwendung eines aus einem ätzenden Bestandteil und einem inerten Bestandteil zusammengesetzten Reaktionsgases.
12. 12. Halbleiteranordnung, z.B. Transistor oder Gleichrichter, dadurch gekennzeichnet, daß der verwendete Halbleiterkristall nach einem der Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 11 hergestellt ist.
13. 13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Vermischung in einen von den beiden gasförmigen Bestandteilen durchströmten Rohr erfolgt.
14. 14. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, insbesondere nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der zu vereinigenden gasförmigen Bestandteile über einen Strömungstr-iderstand durch eine mit einem Magneten belastete Membrane abgeschlossene Verdichtungskammer und aus dieser in ein mit mindestens einem der Verwirbelung dienenden Strömungshindernis ausgerüstetes Strömungsgefäß gelangt und."daß zur Betätigung der Membrane ein mit@Wechselstrom zu betreibender Elektromagnet vorgesehen ist.