DE1521479A1

DE1521479A1 - Verfahren zur Waermebehandlung von Halbleiterkoerpern und Vorrichtung zur Durchfuehrung dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE1521479A1
Application number: DE19651521479
Authority: DE
Inventors: Emeis Dr-Ing Reimer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1965-09-24
Filing date: 1965-09-24
Publication date: 1970-02-05
Also published as: NL6613032A; CH469508A; BE687102A; SE328555B

Description

Verfahren zur Wärmebehandlung von Halbleiterkörpern und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens

Es sind Verfahren zur Wärmebehandlung von Halbleiterkörpern, insbesondere zur Eindiffusion von Dotierungsstoff bekannt, die in einer evakuierten und vakuumdicht zugeschmolzenen Quarzarapulle ablaufen (siehe z. 13. ~ französische Patentschrift 1 293 554 und österreichische Patentschrift 240 917). Diese Quaraampulle, in der sich die Halbleiterkörper und eine Dotierungsstoffquelle befinden, kann in einen elektrischen Ofen eingeschoben werden, in dem sie auf Diffusionstemperatur erhitzt wird, £s hat sich herausgestellt, daß bei derartigen Verfahren durch die Wandung der Quarzampulle hindurch zusätzlich unerwünschte Verunreinigungen, beispielsweise aus der Ofenatmosphäre,in die Quarzampulle und schließlich in die Halbleiterkörper eindringen können. Auch während des Zuüchmelzens der Ampulle können Verunreinigungen aus dem Brenner und dem Brenngas in die Ampulle gelangen. Diese Verunreinigungen scheinen im

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wesentlichen aus 3chermetallen wie Kupfer, Nickel und Eiaen zu bestehen, die bei höheren Temperaturen und längerer Erhitzung durch den Quarz hindurchwandern können. Derartige Schwermetall-Verunreinigungen beeinflussen jedoch die elektrischen Eigenschaften der später aus den Halbleiterkörpern hergestellten elektronischen Halbleiterbauelemente ungünstig, da sie im Halbleitermaterial Reko/nbinationszentren für die elektrischen Ladungsträger auebilden.

Aus der französischen Patentschrift 1 293 554 ist es bekanntgeworden, die Außenfläche derartiger QuarzampulIeη bei der Wärmebehandlung mit einem Überzug zu versehen, welcher die unerwünschten Verunreinigungen, fernhält. Es besteht jedoch die Gefahr, daß dieser Überzug beim Aufheizen der Quarzampulle von beispielsweise Raumtemperatur auf mehr als 1000° C, z.B. auf etwa 1250° C im Falle einer Siliziumbehandlung, leicht abspringen kann, da die Wärmeausdehnungskoeffizienten des Überzugs und des Quarzes verschieden sind.

Durch die österreichische Patentschrift 240 917 ist es bekanntgeworden, während der Wärmebehandlung auf der Innenwand der Ampulle Siliziummonoxyd aus der Gasphase niederzuschlagen. Das gasförmige Siliziuinnonoxyd wirkt als Getter für die eindringenden unerwünschten Verunreinigungen. Die Verunreinigungen sammeln sich daher im^ SiIiziummonoxydniederBchlag an und werden so von den Halbleiterkörpern ferngehalten.

Der Erfindung liegt ebenfalls die Aufgabe zugrunde, Verunreinigungen, die während einer Wärmebehandlung- in ein Gefäß mit Halbleiterkörpern eindringen, von den Halbleiterkörpern fernzuhalten; Die Erfindung

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betrifft demgemäß ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Halbleiterkörpern in einem Gefäß, insbesondere zur Eindiffusion von Dotierungsatoff. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß während der Wärmebehandlung in das Gefäß eindringende Verunreinigungen laufend abgesaugt werden. Vorteilhaft weist das Gefäß, das die Halbleiterkörper und eine Dotierungsstoffquelle enthält, eine AbSäugöffnung auf und ist in einer mit einer Absaugeinrichtung verbundenen und mindestens teilweise in einen Ofen befindlichen Vakuumkammer angeordnet, an deren Innenraum die Absaugöffnung mündet. Von Vorteil ist es, die Absaugöffnung mit einem Labyrinth zu versehen.

Besteht die Vakuumkammer aus auch bei hohen Temperaturen druckfestem Material, z.B. aus hochvakuumdicht gesinterter Keramik, kann man auch in einem Gefäß beispielsweise aus Quarz Diffusionsprozesse bei höheren Temperaturen als bisher durchfuhren, da das Gefäß auch im plastischen Zustand seines Materials wegen des in der Vakuumkammer fehlenden Umgebungsdruckes nicht eingedrückt wird.

Auch z.B. während der Wärmebehandlung von Siliziumkörpern etwa durch Reduktion von Quarz und Oxydation von Silizium an den Berührungsstellen der Siliziumkörper mit einem Quarzkörper entstandenes gasförmiges Siliziummonoxyd, das als Getter nicht nur für im Innenraum des Gefäßes, sondern anscheinend auch für in den Siliziumkörpern befindliche Schwerffietallverunreinigungen wirkt, kann aus dem Gefäß entfernt werden.

An Hand der Zeichnung sei die Erfindung an einem Beispiel näher

erläutert: BADORiGlNAL

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Die Figur zeigt eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung. In einem Gefäß sind scheibenförmige Halbleiterkörper 4, z.B. aus Silizium, auf einem Stützkörper 3 gelagert, der über einer Dotierungsstoffquelle 5 angebracht ist. Das Gefäß besteht aus einem ersten, an einem Ende abgeschlossenen Zylinderrohr 2a, übei dessen Öffnung ein zweites, an einem Ende abgeschlossenes Zylinderrohr 2b mit Spiel so geschoben ist, daß der Boden des zweiten Zylinderrohres 2b am Rand der Öffnung des ersten Zylinderrohres 2a anliegt. Das Zylinderrohr 2b kann kürzer als das Zylinderrohr 2a ) sein, jedoch besitzt es vorteilhaft fast dieselbe Länge wie das Zylinderrohr 2a. Das Spiel zwischen den Rohren 2a und 2b kann beispielsweise etwa 1 bis 5 mm betragen. Der Stützkörper 3» auf dem die Halbleiterkörper 4 aufliegen, besteht vorteilhaft aus einer planen L'iliziumscheibe und ruht auf einem ringförmigen Abstandstück 3a aus iuarz oder Keramik, das auf dem Boden des Zylinderrohres 2a aufliegt. Unter dem Stützkörper 3 ruht auf dem Boden des Zylinderrohres 2a eine aus einer Siliziumacheibe 5 bestehende Dotierungsstoffquelle, auf der ein Kügelchen 6 aus Dotierungsstoff, z.B. Aluminium, abgebracht ist. Um den Zutritt von verdampftem Dotierungsstoff zu den Halbleiterkörpern 4 zu erleichtern, ist es günstig, das ringförmige Abstandstück 3a mit Aussparungen zu versehen.

Das Gefäß ruht auf dem Boden eines dritten, zu den beiden Zylinderroinren 2a und 2b koaxialen und an einem Ende abgeschlossenen Zylinder rohres 7. Das offene Ende des Rohres 7 ist über eine vakuumdichte. ■ Verbindung an die Saugleitung 11 einer Hochvakuumpumpe angeschlossen. Diese vakuumdichte Verbindung kann aus einem am Ende des Zylinderrohres 7 ausgebildeten Kernschliff 8 und einem an der Saugleitung befindlichen Hülsenschliff 10 bestehen. Von Vorteil ist es, in die

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Saugleitung 11 eine z.B. mit flüssiger Luft gekühlte Ausfrierfalle gegen aus der Hochvakuumpumpe stammende und auf die Halbleiterkörper 4 verunreinigend wirkende Öldämpfe einzubauen. Der Innendurchmesser des Zylinderrohres 7 ist größer als der Außendurchmesser des Zylinderrohres 2b. Die Differenz dieser beiden Durchmesser kann vorteilhaft etwa 1 bis 5 mm betragen. Die Wandungen der übereinandergeschobenen Rohre 2a, 2b und 7 bilden, wie man sieht, ein Labyrinth. .

Über das Zylinderrohr 7 ist ein Ofen 9 geschoben, der elektrisch be-" heizt sein kann. Von besonderem Vorteil ist es, die Zylinderrohre 2a, 2b und 7 mit vertikal gerichteter Achse anzuordnen, da dann die scheibenförmigen Halbleiterkörper 4 gleichmäßig abgestützt sind und sich während des Erhitzens nicht durchbiegen können. Außerdem wird so beim Absaugen ein Zurückfallen des Rohres 2b auf das Rohr 2a gewährleistet. Die Achsen der Zylinderrohre 2a, 2b und 7 können aber auch geneigt oder horizontal gerichtet sein. In diesem Fall ist es vorteilhaft, einen weiteren Stützkörper für die scheibenförmigen Halbleiterkörper 4 vorzusehen. i

Zum Zusammenbau der Vorrichtung wird zunächst auf den Boden des Zylinderohres 2a die als Dotierungsstoffquelle dienende Siliziumscheibe 5 mit der Dotierungsstoffkugel 6 aufgelegt. Sodann wird der 3tützkörper 3 mit dem Abstandsstück 3a in das Zylinderrohr 2a geschoben, so daß das Abstandsstück 3a auf des Boden des Zylinderrohres 2a aufliegt. Anschließend werden die scheibenförmigen Halbleiterkörper 4 auf den Stützkörper 3 in Zylinderrohr 2a geschichtet. Sodann wird über das Zylinderrohr 2a das Zylinderrohr 2b geschoben, und beide Zylinderrohre werden in das dritte Zylinder-

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rohr 7 eingebracht. Sodann wird das Zylinderrohr 7 über die Schliffe 8 und 10 mit der Saugleitung 11 der Vakuumpumpe verbunden. Anschließend wird der Ofen 9 vorteilhaft so weit über das als Vakuumkammer dienende Zylinderrohr 7 geschoben, daß sich darin die Rohre

in

2a und 2b/einer Zone mit überall annähernd gleicher Temperatur befinden. Dadurch wird gewährleistet, daß sich aus den Wandungen in das Gefäß gelangende Verunreinigungen nicht im Innern des aus den Zylinderrohren 2a und 2b gebildeten Gefäßes und im Labyrinth, sondern, wenn überhaupt, an außerhalb des Ofens befindlichen und deshalb kühleren Stellen des als Vakuumkammer dienenden Zylinderrohres 7 niederschlagen·

Im Betriebszustand der Vorrichtung werden die aus den Rohrwandungen in den Innenraum des aus den Zylinderrohren 2a und 2b gebildeten Gefäßes eindringenden Verunreinigungen wegen des im Zylinderrohr 7 herrschenden Unterdruckes abgesaugt. Das erwähnte Labyrinth gewährleistet, daß im Innenraum des Gefäßes ein annähernd konstanter Dampfdruck des dampfförmigen Dotierungsstoffes herrscht.

Die in der Figur dargestellte Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß sie eine Einsparung an dem Material, z.B. Quarz, ermöglicht, aus dem das aus den Zylinderrohren 2a und 2b bestehende Gefäß zur Wärmebehandlung hergestellt ist, da dieses Gefäß nicht zugeschmolzen wird und so beliebig oft verwendet werden kann. Außerdem wird eine Verunreinigung des Gefäßes durch den Schaelzbrenner und die Brenngase vermieden. Da das Gefäß zu beliebig vielen Wärmebehandlungen verwendet werden kann, werden im Laufe seiner Benutzung unerwünschte Verunreinigungen, die ursprünglich im Gefäßmaterial vorhanden waren, durcli Ausglühen und Absaugen entfernt. Daher wird die Gefahr einer

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Verunreinigung der Halbleiterkörper durch aus dem Gefäßmaterial stammende Fremdatome immer geringer,je länger das Gefäß benutzt wird.

Die aus der vorstehenden Beschreibung - oder/und die aus der zugehörigen Zeichnung - entnehmbaren Merkmale, Arbeitsvorgänge und Anweisungen sind, soweit nicht vorbekannt, im einzelnen, ebenso wie ihre hier erstmals offenbarten Kombinationen untereinander, als wertvolle erfinderische Verbesserungen anzusehen.

1 Figur

7 Patentansprüche

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Claims

PLA 65/1664 152U79 Patentansprüche:

1. Verfahren zur Wärmebehandlung von Halbleiterkörpern in einem Gefäß, insbesondere zur Eindiffusion von Dotierungsstoff, dadurch gekennzeichnet, daß während der Wärmebehandlung in das Gefäß eindringende Verunreinigungen laufend abgesaugt werden.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß, das die Halbleiterkörper

' und eine Dotierungsstoffquelle enthält, eine Absaugöffnung aufweist und in einer mit einer Absaugeinrichtung verbundenen und mindestens teilweise in einem Ofen befindlichen Vakuumkammer angeordnet ist, in deren Innenraum die Absaugöffnung mündet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Absaugöffnung mit einem Labyrinth versehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3» dadurch gekennzeichnet, daß

k das Gefäß aus einem ersten, an einem Ende abgeschlossenen Zylinderrchr besteht, über das ein zweites, vorzugsweise gleich langte, an einem Ende abgeschlossenes Zylinderrohr mit Spiel so geschoben ist, daß der Boden dee zweiten Zylinderrohres am Rand der öffnung des ersten Zylinderrohres anliegt, und' daß die Vakuumkammer, in der dieses Gefäß angeordnet ist, aus einem dritten, teilweise in einem Ofen befindlichen und zu dem ersten und zweiten Zylinderrohr koaxialen Zylinderrohr besteht, das an einem Ende abgeschlossen und am anderen Ende mit einem Kernschliff versehen ist, über den ein an einem Zuführungsrohr sur Abeaugeinrichtung befindlicher Hülsenschliff geschoben ist.

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5. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich das die Halbleiterkörper und die Dotierungsstoffquelle enthaltende Gefäß in einer Ofenzone mit überall annähernd gleicher Temperatur befinden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet) daß die drei Zylinderrohre mit vertikal gerichteter Achse im Ofen angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die Vakuumkammer aus hochvakuumdicht gesinterter Keramik, vorzugsweise Aluminiumoxyd, besteht.

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