DE1457139C3 - Vorrichtung zum Dotieren von Halbleiterkristallen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Dotieren von Halbleiterkristallen, bei der eine Eintrittsstelle für Inertgas eines Quarzrohres, eine dotierenden Dampf abgebende Dotierungsquelle, eine zur Homogenisierung des von der Dolierungsquelie abströmenden Gasgemisches die Verwirbelung des Gasgemisches fördernde und quer zur Strömungsrichtung des Inertgases angeordnete Gitter- oder Zaunblende und die mit Hilfe einer Heizvorrichtung erhitzten Halbleiterkristalle in bezug auf die Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind.

Zum Dotieren von Haibleiterkristallen sind Behandlungsgefäße aus Quarz üblich, die eine rohrförmige Gestalt aufweisen und mindestens zum Teil im Inneren einer die in dem Rohr angeordneten Halbleiterkristalle erhitzenden Heizvorrichtung angeordnet sind. Das Rohr wird der Länge nach von einem inerten Tragergas durchströmt, welches sich am Ort einer in Strömungsrichtung des Gases vor den Halbleiterkristallen befindlichen und dotierenen Dampf abgebenden Quelle mit dotierendem Dampf belädt und dann Dotierungsstoff an der Oberfläche der Halbleiterkristalle abscheidet, der dann in das Innere der Kristalle diffundiert.

Bei einer solchen Vorrichtung ist eine gründliche Durchmischung des dotierenden Dampfes mit dem Trügergas wünschenswert, da von der Gleichmäßigkeit der am Ort der Halbleiterkristalle erzeugten dotierenden Atmosphäre die Gleichmäßigkeit der erzielten Dotierung in den Halbleiterkristallen abhängt.

In der deutschen Auslegeschrift 1 185 293 ist eine Vorrichtung zum Herstellen einer Halbleiteranordnung beschrieben, bei der zwei Gasströme zur Erzielung eines Reaktionsgases zusammengeführt und dann gemeinsam erhitzten Halbleiterkristallen zugeleitet werden. Zur Förderung der Durchmischung ist unmittelbar vor den Halbleiterkristallen in dem vereinigten Gasstrom ein Turbulenzmischer in Gestalt einer turbulenzerzeugenden Blende vorgesehen. Ferner war durch die deutsche Patentschrift 952 707 eine Vorrichtung zum Dispergieren eines flüssigen oder gasförmigen Mittels in einem flüssigen oder gasförmigen Dispersionsmittel unter Anwendung von schnellen Schwingbewegungen hoher Frequenz, vorzugsweise von Schall- oder UltraschaHfrequcnz, bekannt, die durch ein engporiges Filter gekennzeichnet ist. durch welches das zu dispergierende Mittel unter Druck dem in Schwingbewegung befindlichen Dispersinnsmittc! zugeführt wird. Schließlich war durch die österreichische Patentschrift 195406 ein Verfahren zum Mischen von zwei oder mehreren Gasen oder Flüssigkeiten untereinander bekannt, bei dem jede der einzelnen Mischungskomponenten in eine Vielzahl von einzelnen Teilströmen zerlegt wird und diese Teilströme zur Einwirkung aufeinander gebracht werden.

Zur Lösung der Aufgabe, bei dem eingangs angegebenen Verfahren zum Dotieren von Halbleiterkristallen die Durchmischung des aus dem Inertgas und dem von der Dotierungsquelle abgegebenen dotierenden Dampf zu fördern, sind die bekannten Methoden wenig geeignet. Nachdem die Quelle mit dem dotierenden Dampf für gewöhnlich nicht au.> einer Zuleitung für ein zweites strömendes Gas besteht, sondern in der Regel durch einen verdampfenden flüssigen oder festen Körper gebildet ist, erscheint ein Vorgehen, wie es in der österreichischen Patentschrift 195 406 offenbart ist - nicht nur wegen des erforderlichen apparativen Aufwandes - als ungeeignet. Außerdem sind große Strömungsgeschwindigkeiten wenig geeignet, wenn die Strömung des Behandlungsgases nicht senkrecht gegen die Oberfläche der zu dotierenden Halbleiterkristalle gerichtet ist und diese gegen ihre Unterlage drückt. Das ist aber gerade bei Anordnungen, wie sie eingangs beschrieben sind, nicht der Fall. Aber auch die in der deutschen Auslegeschrift 1185 293 offenbarten Turbulenzmischer verlangen eine hohe Strömungsgeschwindigkeit. Ein Verfahren nach der deutschen Patentschrift 952 707 wiederum ist deshalb nicht möglich, weil das zu dispergierende dampfförmige Dotierungsmaterial bei den Dotierungsverfahren, bei denen die eingangs beschriebene Vorrichtung angewendet wird, nicht in einen Trägergasstrom eingepreßt wird.

Die Erfindung sieht deshalb vor, daß sich an der Eintrittsstelle der eingangs beschriebenen Vorrichtung zum Dotieren von Halbleiterkristallen eine Membranpumpe befindet, die am Ort der Gitter- oder Zaunblende Druckwellen mit einer Intensität von mindestens 10 ~^ft Watt/cm- hervorruft.

Die Erfindung wird nun an Hand der Fig. I bis 3 näher beschrieben, in welchen eine der Erfindung entsprechende Vorrichtung zum Dotieren von HaIbleiterkristallen dargestellt ist.

In Fig. 1 ist eine Gasdotierungsanlage schematisch dargestellt, während Fig. 2 eine Gitter- oder Zaunblende zeigt. In Fig. 3 ist ein einfaches Beispiel einer Apparatur zur Erzeugung der Druckweilen in dem strömenden Gas dargestellt.

In Fig. 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 wesentlichen Bestandteile der Apparatur sind die zu dotierenden, z. B. aus Silizium bestehenden einkristallinen Scheiben 2 und eine z. B. aus festem Dotierungsstoff (z. B. B,Oj) bestehende Quelle 3, welche infolge der Erhitzung dotierendes Gas, L. B. B₂O,-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.

Wesentlicher Bestandteil der Vorrichtung ist zunächst ein sich quer zum Strömungskanal des die Dotierungsquelle 3 verlassenden Gases erstreckende Blende 5 zu nennen. Dieses ist so auszugestalten, daß die Siliziumscheiben 2 nur mit infolge des Kontaktes mit der Blende 5 verwirbelten Gas in Berührung gelangt. Sollte demnach die Blende auf Grund einer besonderen Gestaltung nicht in der Lage sein, den gesamten Gasquerschnitt zu verwirbeln, so müssen die zu beschichtenden Scheiben sämtlich im »Schatten« der Blende 5 liegen. Sollte dies aus räumlichen Gründen nicht möglich sein, so muß für die überschüssigen Siliziumscheiben eine neue Verwirbelung des dotierenden Gases mittels einer weiteren Blende erfolgen.

Eine Blende, die sich in der Praxis vorzüglich bewährt hat, ist in Frontalansicht in Fig. 2 dargestellt. Die zaunartige Blende erfüllt zweckmäßig den gesamten lichten Querschnitt des mit 1 bezeichneten Dotierungsrohres. Als Material für die Blende empfiehlt sich für den vorliegenden Zweck reiner Quarz.

Als weiterer wesentlicher Bestandteil der Vorrichtung ist die Membranpumpe 6 zur Erzeugung der Druckwellen zu nennen. Im Beispiel der Anordnung gemäß F i g. 1 befinden sich diese 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 nicht gezeichneten Strömungsmesser zunächst der zur Erzeugung der Druckwellen dienenden Membranpumpe 6, dann dem Dotierungsrohr 1 an der Eintrittsstelle 4 zugeführt. Die zur Erzeugung der Druckwellen dienende Membranpumpe 6 kann z. B. die in der Fig. 3 im Längsschnitt dargestellte Beschaffenheit aufweisen. Diese Apparatur 6 besteht aus einem Sockel 7 mit einer Eintrittsstelle 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 vorgesehen.) Nach dem Passieren des Strömungswiderstandes 10 gelangt das zu komprimierende Argon in eine Verdichtungskammer 11, welche mittels einer Gummimembrane 12 abgeschlossen ist, die mit einem Magneten 13 belastet ist. Die Verdichtungskammer 11 ist natürlich gegen den Außenraum gasdicht abgeschlossen, wobei im Falle einer Anordnung nach Fig. 3, der Magnet 13 zusammen mit der Gummimembrane 12 den Abschluß bildet. Der Magnet 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 Bewegung 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 Druckwellen an Ort der Gitter- oder Zaunblende 5 wird zweckmäßig auf mindestens 10~⁶ Watt/cm² eingestellt.

Das beschriebene Ausführungsbeispiel läßt sich ohne Schwierigkeiten auf andere Fälle, bei denen zwei oder mehrere Gase miteinander vermischt werden müssen, übertragen.

Die Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt sich z. B. darin, daß die Streuungsbreite der elektrischen Eigenschaften von sonst unter genau gleichen Bedingungen hergestellten diffundierten Halbleiteranordnungen durch Anwendung der Vorrichtung auf den 3. bis 4. Teil reduziert werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorrichtung zum Dotieren von Halbleiterkristallen, bei der eine Eintrittstclle für Inertgas eines Quarzrohres, eine dotierenden Dampf abgebende Dotierungsquelle, eine zur Homogenisierung des von der Dotierungsquelle abströmenden Gasgemisches die Verwirbelung des Gasgemisches fördernde und quer zur Strömungsrichtung des inert gases angeordnete Gitter- oder Zaunblende und die mit Hilfe einer Heizvorrichtung erhitzten Halbleiterkristalle in bezug auf die Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind, dadurchge kennzeichnet, daß sich an der Eintrittsstelle (4) eine Membranpumpe (6) befindet, die am Ort der Gitter- oder Zaunblende (5) Druckwellen mit einer Intensität von mindestens 10 " Watt/cm^: hervorruft.