DE1521481C - Anordnung zur Wärmebehandlung von scheibenförmigen Halbleiterkörpern - Google Patents

Description

Diffusionsverfähren kann man in der Halbleiter-, technik beispielsweise anwenden, um Teilbereiche eines Halbleiterkörpers umzudotieren. Weiter können mit diesen Verfahren Fremdstoffe in Halbleiterkörper eingebracht werden, die dort andere Aufgaben als die eines Dotierungsstoffes haben, z. B. die Lebensdauer der Minoritätsladungsträger im Halbleitermaterial zu verkürzen, wodurch beispielsweise bei gesteuerten Halbleiterbauelementen kürzere Schaltzeiten erzielt werden können. Unter der Bezeichnung »Ampullen-Verfahren« sind Diffusionstechniken bekannt; bei denen Halbleiterkörper zusammen mit einer Quelle des Dotierungsstoffes in ein Gefäß eingebracht werden und darauf nach Evakuieren des Gefäßes der Dotierungsstoff durch Erwärmen eindiffundiert werden kann. Die Temperatur und die Dauer des Verfahrens bestimmen die Oberflächenkonzentration und die Eindringtiefe des Dotierungsstoffes in die Halbleiterkörper. Im allgemeinen wird die Quelle des Dotierungsstoffes getrennt von den Halbleiterkörpern angeordnet. Sie kann beispielsweise aus einem Stück Halbleitermaterial bestehen, das mit dem Dotierungsstoff verunreinigt ist, sie kann aber auch aus einem Stück des Dotierungsstoffes selbst bestehen. Der Dotierungsstoff kann jedoch auch in einer auf den Halbleiterkörper aufgebrachten Schicht enthalten sein. Zweckmäßig wird bei derartigen Verfahren nicht ein einzelner Halbleiterkörper allein behandelt, sondern mehrere Halbleiterkörper, welche zusammen mit der Dotierungsstoffquelle in das Gefäß eingeschlossen sind. An das Gefäßmaterial werden hohe Anforderungen gestellt; denn es dürfen aus ihm keine Verunreinigungen in das Gefäßmnere verdampfen, und es muß auch bei den für Diffusionsverfahren hohen Temperaturen noch eine genügende mechanische Festigkeit besitzen. Beispielsweise genügt Quarzglas der ersten Bedingung in ausreichendem Maße und wird deswegen in Form von Ampullen vorzugsweise für Diffusionsverfahren verwendet. Die evakuierte und erhitzte Ampulle kann jedoch mangels ausreichender Festigkeit bei hohen Temperaturen durch den Atmosphärendruck zusammengepreßt werden, wobei die Ampullenwand gegen die nur etwa 300 μΐη dicken und bei den Diffusionstemperaturen plastisch verformbaren Halbleiterkörper drückt .und diese deformiert. Dieser Nachteil kann mit der Erfindung vermieden werden.

Die Erfindung betrifft demgemäß eine Anordnung zur Wärmebehandlung, insbesondere zur Diffusionsbehandlung von scheibenförmigen Halbleiterkörpern in einem zylindrischen evakuierten Gefäß, insbesondere von Siliciumscheiben in einem Quarzrohr. Erfindungsgemäß sind die Halbleiterkörper zwischen Stützscheiben, deren Abmessungen größer als die der Halbleiterkörper sind und die aus einem Material mit größerer Temperaturfestigkeit als das Gefäßmaterial bestehen, angeordnet.

An Hand der Zeichnung seien im folgenden die Erfindung und ihre Wirkung näher erläutert. Tn

F i g. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung im Zustand vor einem Diffusionsvorgang dargestellt;

F i g. 2 zeigt dieselbe Anordnung nach der Wärmebehandlung und

F i g. 3 eine besondere Ausführungsform einer Stützscheibe.

In F i g. 1 bezeichnet 2 eine Ampulle, die z. B. aus Quarz bestehen kann. Nach dem Evakuieren ist sie an der einen Seite durch ein einseitig geschlossenes Rohrstück 3, das an einer Schmelzstelle 4 mit der Wandung der Ampulle 2 verschmolzen ist, vakuumdicht verschlossen. In der Ampulle befindet sich eine Fremdstoffquelle 5, die beispielsweise aus einem Aluminiumplättchen bestehen kann, das in eine Siliciumscheibc eihiegiert ist. Ferner sind in die Ampulle 2 beispielsweise zwei -Stapel 6 von scheibenförmigen Halbleiterkörpern' eingebracht, die sich

ίο zwischen den Flachseiten von drei Stützscheiben 7 befinden. Zweckmäßig sind die Stapel 6 und die Stützscheiben 7 seitlich gehaltert, z. B. von zwei Quarzringen 8, die an die Ampullenwand angeschmolzen sein können. Die Halbleiterkörper können auch in einem Ständer, z.B. in einer mit Einschnitten versehenen Leiste aus Quarz oder Silicium, aufgestellt sein. Die Stützscheiben dürfen keine Quelle von unerwünschten Verunreinigungen sein. In einer vorteilhaften Ausführungsform können da-

ao her die Stützscheiben aus demselben Material wie die Halbleiterkörper bestehen.

In einem Ausführungsbeispiel seien die Halbleiterkörper Siliciumscheiben mit einem Durchmesser von etwa 19 mm und einer Dicke von 0,3 mm. Die Stütz-

^a5 scheiben, die ebenfalls aus Silicium bestehen mögen, können eine Dicke von etwa 3 mm und einen Durchmesser von 20 bis 21 mm haben. Ihr Abstand voneinander betrage 20 mm, so daß zwischen den Flachseiten von zwei Stützscheiben etwa 60 Siliciumscheiben Platz finden. Die Maße des Ausführungsbeispiels gelten für Quarzampullen mit einer Wandstärke von etwa 1 mm. Anderes Material, das bei hohen Temperaturen eine größere Festigkeit besitzt, und dickere Wandungen ermöglichen es, einen größeren Abstand der Stützscheiben zu wählen. Eine Ampulle, wie in F i g. 1 dargestellt, kann in den Diffusionsofen eingebracht und im Falle einer Aluminiumdiffusion z. B. auf etwa 1230° C erwärmt werden. Wenn sie nach einer Diffusionsdauer von beispielsweise 30 Stunden aus dem Ofen genommen wird, hat sie etwa die Form, die in F i g. 4 im Schnitt dargestellt ist. Die in der Hitze erweichte evakuierte Ampulle wurde durch den Atmosphärendruck verformt. Durch die StützscKeiben wurde jedoch ver- hindert, daß die Ampullenwand gegen die Halbleiterkörper gedrückt wurde und diese beschädigte.

Die Ampullenwand kann infolge der Verformung durch die Wärmebehandlung die Stützscheiben, und zwar insbesondere solche mit großem Durchmesser von mehr als 25 mm, so eng umschließen, daß der Dotierungsstoff nicht mehr in ausreichender Menge an die Halbleiterkörper gelangt. Aus diesem Grunde können die Stützscheiben mit Aussparungen versehen sein. Gemäß Fig. 3 können die Aussparungen 9 vom Rande der Stützscheibe her eingeschliffen sein.

DieErfindung erstreckt sich nicht nur auf Diffusionsbehandlungen, sondern kann mit Vorteil auch bei anderen Wärmebehandlungen von scheibenförmigen Halbleiterkörpern, z. B. beim Tempern zum Ausheilen von Versetzungen oder zum Stabilisieren der elektrischen Leitfähigkeit, Anwendung finden.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Wärmebehandlung, insbesondere zur Diffusionsbehandlung von scheibenförmigen Halbleiterkörpern in einem zylindrischen evakuierten Gefäß, insbesondere von Siliciumscheiben in einem Quarzrohr, d a d u r-c"h ge-

k e η η ζ e i c h net, daß die Halbleiterkörper zwischen Stützscheiben (7),· deren Abmessungen größer als die der Halbleiterkörper sind und die aus einem Material mit größerer Temperaturfestigkeit als das Gefäßmaterial bestehen, angeordnet sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützscheiben aus demselben Material wie die Halbleiterkörper bestehen.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen zwei Stützscheiben 10 bis 25 mm beträgt.

ίο

4..Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Stützscheiben 2 bis 4 mm größer ist als der Durchmesser der Halbleiterscheiben.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützscheiben eine Dicke von mindestens 2,5 mm haben.

6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die StUtzscheiben Aussparungen (9) aufweisen.

7.-Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen in die Stützscheiben Vom Rande her eingeschliffen sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen