DE1801187B1

DE1801187B1 - Vorrichtung zur Waermebehandlung von Siliziumscheiben

Info

Publication number: DE1801187B1
Application number: DE19681801187
Authority: DE
Inventors: Adolf Mueller
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1968-10-04
Filing date: 1968-10-04
Publication date: 1970-04-16
Also published as: FR2019940A1; US3604694A; NL6913337A; SE341035B; BE739815A; GB1244069A

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß in

zur Wärmebehandlung von Siliziumscheiben in einem das Quarzrohr mehrere parallel zueinander angeordwaagerechten evakuierbaren Quarzrohr, in dem die nete dünne Siliziumstäbe als Unterlage für die SiIi-Siliziumscheiben gestapelt angeordnet sind. ziumscheiben eingebracht sind und daß zur Führung

Aus der britischen Patentschrift 1085 299 ist eine 5 der Siliziumstäbe im Quarzrohr zylindrische End-Vorrichtung bekannt, bei welcher eine Diffusion aus stücke angeordnet sind, wobei mindestens zwischen der Gasphase in einen Ofen vorgenommen wird, den Endstücken und den äußersten Siliziumscheiben welcher zwei getrennte Räume aufweist. Der eine des Stapels Stützscheiben mit größerem Durchmesser Raum ist dabei zur Aufbewahrung der zu diffundie- als die Siliziumscheiben angeordnet sind. Durch die renden Halbleiterkörper vorgesehen, während der io Siliziumstäbe wird zunächst vermieden, daß die SiIizweite Raum das Diffusionsmaterial enthält und eine ziumscheiben mit ihren unteren Randteilen mit dem vom Raum 1 unterschiedliche Temperatur aufweist. Quarzgefäß in Berührung kommen. Durch ein Quarz-Dabei werden die zu diffundierenden Halbleiter- rohr, dessen Gefäßweite im Vergleich zum Durchkristallscheiben in einem Schiffchen hintereinander- messer der Siliziumscheiben groß ist, kann auch vergestapelt der Diffusionsatmosphäre ausgesetzt. 15 hindert werden, daß der obere Wandungsteil des

Aus der französischen Patentschrift 1502 957 ist Gefäßes infolge von Deformation mit den entspreebenfalls eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung chenden ungeschützten Randteilen der Siliziumscheivon Siliziumscheiben in einem waagerechten, eva- ben in Berührung kommt. Durch die zylindrischen kuierbaren Quarzrohr bekannt. Die Siliziumscneiben Endstücke wird die zueinander parallele Lage der als sind zwischen Stützscheiben angeordnet, deren Ab- 20 Auflage dienenden Siliziumstäbe sichergestellt. Mit messungen größer als die der Siliziumscheiben sind. Vorteil können der Außendurchmesser der Endstücke Die Stützscheiben bestehen aus einem Material mit und der Innendurchmesser des Quarzrohres so begrößerer Temperaturfestigkeit als das Gefäßmaterial, messen sein, daß die Siliziumstäbe im Umfangsrichbeispielsweise aus Silizium. Der Durchmesser der tung des Quarzrohres frei beweglich sind. Durch die Stützscheiben kann um 2 bis 4 mm größer sein als 25 rollende Lagerung der Siliziumstäbe im Quarzrohr ist der Durchmesser der Siliziumscheiben. Die Stütz- sichergestellt, daß die Siliziumscheiben stets auf den scheiben verhindern, daß bei der Wärmebehandlung, Siliziumstäben aufliegen, auch wenn das Quarzrohr beispielsweise einer Diffusion bei etwa 1200° C, Teile um einen beliebigen Winkelbetrag um seine Mitteides durch die Hitze erweichten und durch den Atmo- achse gedreht wird. Falls bei vorgegebener Dicke der Sphärendruck verformten Quarzrohres gegen die 30 Siliziumstäbe deren Anzahl so bemessen ist, daß diese Siliziumscheiben gepreßt werden und diese beschä- mindestens die untere Hälfte des Innenumfangs des digen. Quarzrohres bedecken, ist auch bei stoßartiger Be-

Wie sich gezeigt hat, können mit der bekannten wegung bzw. Drehung des Quarzrohres eine Berüh-Vorrichtung mechanische Beschädigungen der zu rung der Siliziumscheiben mit diesem ausgeschlossen, behandelnden Siliziumscheiben weitgehend vermieden 35 Die lichte Weite des Quarzrohres kann auf einen werden. Es wurde jedoch beobachtet, daß die in dem Durchmesser, der nur wenige Millimeter größer ist Quarzrohr behandelten Siliziumscheiben nach der als der Durchmesser der Siliziumscheiben, begrenzt Wärmebehandlung vielfach Häufungen von Ver- werden, da mindestens zwischen den Endstücken und Setzungen aufweisen, die vor der Wärmebehandlung den äußersten Siliziumscheiben des Stapels Stütznicht vorhanden waren. Diese Anhäufungen von Ver- 40 scheiben mit größerem Durchmesser als die Siliziumsetzungen gehen vom Rand des Halbleiterkörpers aus scheiben angeordnet sind. Bei einer Behandlung von und erstrecken sich mehr oder weniger weit in das zehn oder mehr Siliziumscheiben empfiehlt es sich, Innere des Halbleiterkörpers. Vermutlich sind diese den Stapel durch weitere Stützscheiben ein- oder Anhäufungen von Versetzungen auf Drackspannun- mehrfach zu unterteilen.

gen zurückzuführen, die dadurch bedingt sind, daß 45 Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel die Siliziumscheiben mit einem Teil ihres Umfanges an Hand der Zeichnung näher erläutert, unmittelbar am Quarzgefäß anliegen, wobei an diesen Fig. 1 zeigt in der Seitenansicht, teilweise im

Berührungsstellen das Silizium mit dem Quarz ver- Schnitt, eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung von schmilzt bzw. legiert. Beim Abkühlen entstehen in- Halbleiterscheiben, beispielsweise aus Silizium, gefolge der verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten 50 maß der Erfindung;

des Quarzrohres und der noch plastisch verformbaren F i g. 2 zeigt einen Schnitt durch die Vorrichtung

Siliziumscheiben Verspannungen, die zu Versetzungen nach F i g. 1. in den Siliziumscheiben führen. In F i g. 1 ist ein Dotierungsgefäß, beispielsweise

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine ein Quarzrohr, mit 1 bezeichnet. Das evakuierbare Vorrichtung zur Wärmebehandlung, insbesondere 55 Quarzrohr 1 sei an seinem offenen Ende mittels einer zum Dotieren von Siliziumscheiben zu schaffen, mit Verschlußkappe 2, die ebenfalls aus Quarz bestehen der es sich vermeiden läßt, daß die behandelten kann, vakuumdicht verschlossen. Im Inneren des Siliziumscheiben auch nur teilweise während des Quarzrohres 1 sind zwei zylindrische Endstücke 3 Dotierungsprozesses oder im Anschluß daran bei er- und 4 angeordnet, die einerseits von der Verschlußhöhter Temperatur mit der Wandung des Dotierungs- 60 kappe 2 und andererseits von einem weiteren Quarzgefäßes oder mit anderen Teilen, die einen von zylinder 5 gegen axiale Verschiebung gesichert sind. Silizium verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizien- Der Quarzzylinder 5 liegt am gekrümmten Teil 6 des ten haben, in Berührung kommen. Die Erfindung soll Quarzrohres 1 an. Die Endstücke 3 und 4 haben eine es somit ermöglichen, daß versetzungsfreie bzw. ver- zylindrische Lauffläche, die zur Führung von dünnen setzungsarme Siliziumscheiben auch nach der Wärme- 65 Siliziumstäben 7 dient. Die Siliziumstäbe 7 haben behandlung noch versetzungsfrei bzw. versetzungs- einen Reinheitsgrad, der mindestens dem der nebenarm sind. Insbesondere soll die geschilderte Bildung einandergestapelten, zu behandelnden Siliziumscheivon Versetzungsnestern vermieden werden. ben 8 entspricht. Die Länge der Siliziumstäbe 7 ist

so bemessen, daß sie von der zylindrischen Lauffläche der Endstücke 3, 4 sicher geführt werden. Die Endstücke 3, 4 sind auf einem Teil ihrer Breite von je einem weiteren Hohlzylinder 9 bzw. 10 konzentrisch umgeben, die als Anschläge für die Siliziumstäbe 7 dienen. Die Dicke der Siliziumstäbe 7 ist so bemessen, daß sie in dem Ringraum zwischen den Endstücken 3, 4 und der Innenwandung des Quarzrohres 8 in dessen Umfangsrichtung frei beweglich sind. Zwischen den Endstücken 3, 4 und den äußersten Siliziumscheiben des Stapels sind Stützscheiben 11,12 angeordnet, die ebenfalls aus Silizium bestehen und deren Reinheitsgrad mindestens dem der zu behandelnden Siliziumscheiben 8 entspricht. Der Durchmesser der Stützscheiben 11, 12 ist um einige Millimeter größer als der der Siliziumscheiben 8. Vorzugsweise sind die Stützscheiben 11, 12 auch dicker als die Siliziumscheiben 8. Bei einem größeren Stapel von Siliziumscheiben empfiehlt es sich, weitere Stützscheiben 13 bis 15 vorzusehen, um ein Anliegen der oberen Wandungsteile beim Diffusionsprozeß, der beispielsweise bei etwa 1200° C durchgeführt wird, zu verhindern. Am Ende des Quarzrohres 1 ist eine Dotierungsquelle, beispielsweise eine Aluminiumblech 16, in einem Trägerkörper 17, der ebenfalls aus Silizium bestehen kann, angeordnet.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung diene das folgende Ausführungsbeispiel:

Durchmesser des Quarzrohres 55 mm

Durchmesser der Stützscheiben .... 34 mm
Durchmesser der Siliziumscheiben 32 mm
Durchmesser der Siliziumstäbe .... 5 mm

Anzahl der Siliziumstäbe 20 bis 25 St.

Abstand Lauffläche der Endstücke — Innenwandung des Quarzrohres 7 mm

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß mit Ausnahme des Quarzzylinders 1 alle übrigen Teile der Anordnung für praktisch beliebig viele Wärmebehandlungen benutzt werden können. Der Beschickungsvorgang ist äußerst einfach. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist auch für andere Wärmebehandlungen geeignet, beispielsweise zum Gettern von Verunreinigungen.

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Siliziumscheiben in einem waagerechten, evakuierbaren Quarzrohr, in dem die Siliziumscheiben gestapelt angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß in das Quarzrohr (1) mehrere parallel zueinander angeordnete dünne Siliziumstäbe (7) als Unterlage für die Siliziumscheiben (8) eingebracht sind und daß zur Führung der Siliziumstäbe (7) im Quarzrohr (1) zylindrische Endstücke (3, 4) angeordnet sind, wobei mindestens zwischen den Endstücken (3, 4) und den äußersten Siliziumscheiben des Stapels Stützscheiben (11, 12) mit größerem Durchmesser als die Siliziumscheiben (8) angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser der Endstücke (3, 4) und der Innendurchmesser des Quarzrohres (1) so bemessen sind, daß die Siliziumstäbe (7) in Umfangsrichtung des Quarzrohres (1) frei beweglich sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei vorgegebener Dicke der Siliziumstäbe (7) deren Anzahl so bemessen ist, daß diese mindestens die untere Hälfte des Irmenumfangs des Quarzrohres (1) bedecken.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen