DE2133843A1

DE2133843A1 - Anordnung zum eindiffundieren von dotierstoffen in halbleiterscheiben

Info

Publication number: DE2133843A1
Application number: DE2133843A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Chem Dr Dietze; Konrad Dipl Chem Dr Reuschel; Hans Stut
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-07-07
Filing date: 1971-07-07
Publication date: 1973-01-18
Also published as: US3828726A

Description

SIEMEKTS AKTTEIiGESELLSCHAFT . München 2, "7. JUL1971

Berlin und München Wittelsbacherpiatz 2

71/1109

Anordnung zum Eindiffundieren von Dotierstoffen in Halbleiterscheiben „______ ___

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Bindiffundieren von Dotierstoffen in Halbleiterscheiben, mit.einem Rohr, in dem die Halbleiterscheiben auf die Diffusions temperatur erhitzt werden, und einem aus Halbleitermaterial bestehenden, mit Führungsmitteln versehenen Halter der die Halbleiterscheiben trägt.

£._-j.e solche Anordnung ist bereits beschrieben worden. Der Halter hat die Form einer Platte und weist als Führungsmittel eine Vielzahl von parallelen Nuten auf, in die die zu diffundierenden Halbleiterscheiben hineingesteckt werden. Die Huten umfassen die Halbleiterscheiben nur in einem Randbereich, so daß der Dotierstoff möglichst in die ganze Oberfläche der Halbleiterscheiben eindiffundieren kann.

Die Diffusion von Halbleiterscheiben wird bekanntlich bei hohen Temperaturen durchgeführt. Bei Halbleiterscheiben aus Silicium liegen die Temperaturen etwa zwischen 1050 und 125O⁰O, In diesem Temperaturbereich sijid die Halbleiterscheiben relativ leicht plastisch verformbar. Solche plastischen Verformungen führen zu Störungen im Kristallgitter, die sich auf die elektrisiien Eigenschaften eines Halbleiterbauelementen nachteilig auswirken. Sitzen die Halbleiterscheiben wie bei der bekannten Anordnung lediglich in den Rand umfassenden liuten des plattenförmigen Halters, kann bereits ' das Gewicht der Scheiben ein Biegemoment auf diese ausüben, so'diiß Versetzungen und .Störungen im Erista'llgitter auftreten.

Die <lur Lrfindung zugrunilsliogs-iule Aufgabe besteht darin, eint .nrjcjjL-:/iiu:; '.er yynxt^ni-n er-wnUiiteu Gattung so weiterzu-

VFA 9/110/1 Or-8 2098 β 3/0 «4

«DT

bilden, daß insbesondere durch ein Biegemoment ausgeübte mechanische Einflüsse während der Diffusion von den Scheiben ferngehalten werden.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Halter in Form eines Troges ausgebildet ist, mit aus Halbleitermaterial, bestellenden Seitenwänden, die bis etwa in die Höhe des Schwerpunktes der Halbleiterscheiben oder höher reichen, daß die Seitenwände auf der den Halbleiterscheiben zugewandten Seite mit senkrecht zur Längsachse der-Troges liegenden Nuten oder daß sie mit senkrecht zur Längsachse des Troges liegenden Schlitzen versehen sind, die die Ränder der Halbleiterscheiben auf der genannten Höhe umfassen.

Zweckmäßigerweise sind die Seitenwände quer zur Längsachse des Troges gekrümmt, wobei der Krümmungsradius der Seiten-" wände etwa gleich dem Krümmungsradius der Halbleiterscheiben ist. Hierbei liegen beide Krümmungsmittelpunkte auf dergleichen Seite der Seitenwände. Der Krümmungsradius der Seitenwände kann auch mindestens so groß wie der Krümmungs-?· radius der Halbleiterscheiben sein. Hierbei liegen dann die Krümmungsmittelpunkte der Seitenwände und der Halbleiterscheiben auf verschiedenen Seiten der Seitenv/ände. Die Seitenwände bestehen vorteilhafterweise aus Rohrsegmenten, Die Seiten sind zweckmäßigerweise durch Stützen oder einer Bodenplatte verbunden. Der Trog kann auch aus einen parallel zur Längsachse aufgetrennten Rohr mit kleinerem Durchmesser als die Halbleiterscheiben bestehen. Der Trog ist hierbei Kit von den Trennstellen ausgehenden Schlitzen versehen. Die genannten Teile, also Seitenwände, Stützen und Bodenplatte, bestehen zweckmäßigerweise aus dem gleichen Material wie die Halbleiterscheiben.

Die Erfindung wird anhand einiger Ausführungsbeispiele in VPA 9/110/1068 - 3 -

209883/0946

Verbindung mit den Figuren 1 bis 5 naher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispieles, .

Figur 2 die Vorderansicht eines zweiten Ausführungsbeispieles

Figur 3 die Vorderansicht eines ddtten Ausführungs-

. beispieles - ',

Figur 4 die Vorderansicht eines vierten Ausführungsbeispieles und

Figur 5 den Längsschnitt durch einen Diffusionsofen mit einer Anordnung gemäß der Erfindung.

In Figur 1 sind die Bodenplatten eines trogförmigen Halters mit 1 und die Seitenwände de,s Halters mit 2 und 3 bezeichnet. Die Seitenwände 2 und 3 stecken schräg in in der · Bodenplatte vorgesehenen Ausnehmungen 15.' Die Bodenplatte und die Seitenwände bestehen aus Halbleitermaterial. An den eiander zugekehrten Flächen der Seitenwände 2 und 3 sind Nuten 4 vorgesehen, in denen Halbleiterscheiben sitzen. Die Hüten können z.B. 2mm tief und 0,8mm breit sein.'Der Übersichtlichkeit halber ist nur eine einzige Halbleiterscheibe eingezeichnet und mit-5 bezeichnet. Die Nuten 4 sind ebenfalls der tJbersichlichkeit halber nur im vorderen Teil der Seitenwände 2 und 3 gezeichnet, die Seitenwände und 3 sind jedoch über ihre ganze Länge mit Nuten versehen. | Es ist ersichtlich, daß die Scheibe 5 bis zu einer solchen Höhe in einem der Nuten 4 steckt, die etwa der Höhe des Schwerpunktes 7 der Halbleiterscheibe entspricht. Die höchste Stelle, an der die Halbleiterscheibe noch in einem der Nuten 4 sitzt, ist mit 6 bezeichnet. Hierdurch werden die Halbleiterscheiben so gehaltert, daß auf diese kein Versetzungen und Störungen im Kristallgitter herbeiführendes Biegemoment einwirken kann.

VPA 9/110/1068 - 4 -

2 09B8 3/0-946

Die Bodenplatte 1 und die Seitenwände 2 und 3. sind zweckmäßigerweise aus dem gleichen Halbleitermaterial hergestellt wie die Halbleiterscheibe 5· Besteht diese aus Silicium, so bestehen auch die genannten !Teile aus Silicium. Die Bodenplatte 1 und die Seitenwände 2 und 3 können z.B.' aus einem Siliciumstab ausgesägt werden. Sie können z.B. 200mm lang und 5mm dick sein. Die Nuten 4 und die Ausnehmungen 15 in. der Bodenplatte 1 werden zweckmäßigerweise durch Sägen oder Fräsen hergestellt.

In Figur 2 sind gleiche Teile wie in Figur 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Seitenwände des trogförmigen · Halters sind hier mit 9 und 10 bezeichnet. Diese sind quer zur Längsachse des Halters gekrümmt, wobei ihr Krümmungsradius etwa so groß wie der Krümmungsradius der Halbleiterscheiben 5 ist. Die Seitenwände 9 und 10 sind mit Nuten 8 versehen, die hier gestrichelt gezeichnet sind. Es isi? ersichtlich, daß auch in diesem Ausführungsbeispiel die Halbleiterscheiben 5 noch an einer höchsten Stelle 6 gehalten werden, die etwa auf der Höhe des Schwerpunktes 7 der Scheiben'liegt. Hierdurch wird ein auf die Scheiben wirkendes Biegemoment ausgeschlossen., Die Seitenwände 9 und 10 werden mittels einer Stütze 11 zusammengehalten. Die Stütze 11 braucht nicht wie die Bodenplatte 1 nach Figur 1 durchgehend ausgebildet zu sein, es genügt vielmehr, wenn die Seitenwände 9 und 10 mittels' einer am Anfang und einer am Ende ; angeordneten Stütze von z.B. 10mm Dicke gehalten werden. Die Nuten 8 werden wieder zweckmäßigerweise durch Sägen, ζ.B.mit einer Kreissäge hergestellt. ·

In dem Ausführungsbeispiel nach Figur 3 sind gleiche Teile wieder mit gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Figuren bezeichnet. .,Die Seitenwände sind hier mit 12 und 13 bezeichnet. Sie sind ebenfalls gekrümmt, jedoch liegen ihre Krümmungsmittelpunkte und der Krümmungsmittelpunkte der

VPA 9/110/1068 - 5 -

209883/094

Scheiben 5 auf entgegengesetzten Seiten der Seitenwände 12 bzw. 13. Die in den Seitenwänden 12 und 13 vorgesehenen Nuten sind mit 14 bezeichnet und gestrichelt eingezeichnet. Auch sie werden zweekmäßigerweise durch Sägen, z.B. mit einer Kreissäge hergestellt.

Das Ausführungsbeispiel nach Figur 4 unterscheidet sich insofern von den vorhergehenden Ausführungsbeispielen, als hier der trogförmige Halter aus einem einzigen Stück besteht. Die Seitenwände wind mit 17 und 18 bezeichnet. Sie sind mit Schlitzen 19 versehen, die sich vom oberen Hand bis zu einer Ebene 20 erstrecken. Die Schlitze und die Ebene sind gestrichelt eingezeichnet.. Der Halter wird zweekmäßigerweise aus einem ?ohr hergestellt, dessen Innendurchmesser etwas kleiner als der Durchmesser der Halbleiterscheiben ist. Ein solches Rohr wird dann auf oder parallel seiner Längsachse segmentartig zertrennt. An den !Drennstellen werden Schlitze bis zu einer gewünschten Tiefe.z.B. durch Sägen oder Fräsen hergestellt. Auch hier ist zu sehen, daß die Halbleiterscheibe 5 an den Stellen 6, die die Enden der Schlitze 19 markieren, gehalten wird; Die Stellen 6 liegen dabei etwa auf der Höhe des Schwerpunktes 7 der Halbleiterscheiben. Auch hierbei sind mechanische Beeinflussungen durch ein Biegemoment ausgeschlossen.

In den Figuren 1 bis 4 ist'dargestellt, daß die Ebene der Halbleiterscheiben vertikal und rechtwinklig zu den Seitenwänden im Halter stecken. Die Halbleiterscheiben können jedoch auch vertikal stehen und mit den Seitenwänden einen Winkel kleiner 90°, z.B. 70° einschließen. Dann müssen die Schlitze und Nuten entsprechend geformt sein. Bei Srägergasdiffusion erhält man dann günstigere Strömungsverhältnisse.

Die in den Figuren 2 und 3 gezeigten gekrümmten Seiten~ wände 91 10, 12, 13 sowie der in Figur 4 dargestellte Halter

VPA 9/110/1068 ■ . - 6 -

209883/0946

werden zweckmäßigerweise aus einem aus Halbleitermaterial bestehenden Rohr gewonnen. Ein solches Rohr aus Halbleitermaterial kann durch pyrolytische Zersetzung einer gas- . förmigen Verbindung eines Halbleitermaterial an einem aufgeheizten Graphit stab hergestellt werden. Soll ein Rohr aus Silicium hergestellt werden, so leitet man beispielsweise Silicochloroform SiHCl₅ und Wasserstoff H₂ über den auf eine Temperatur von etwa 1150⁰C aufgeheizten Graphitkörper. Das Silicochloroform reagiert mit dem Wasserstoff, so daß sich am Graphitkörper kristallines Silicium abscheidet. Ist eine g'enügende Schichtdicke, z.B. 5mm erreicht, so wird der Trag.erkörper abgekühlt. Die Silieiumschicht kann dann aus dem Siliciumrohr herausgezogen werden. Die Seitenwände können durch Zerteilen dieses Rohres in Längsrichtung hergestellt werden.

In Figur 5 ist ein Diffusionsofen gezeigt, in dem z.B.-der Halter nach Figur 1 untergebraht ist. Der Diffusionsofen besteht aus einem Rohr 20, das mit Stopfen 21 und 22 verschlossen ist. Der Stopfen 21 weist einen Einlaß 25 und der Stopfen 22 einen Auslaß 24 auf. Das Rohr ist mit einer Heizwicklung 25 umgeben. Diese kann das Rohr z.B. durch Strahlung aufheizen. Besteht das Rohr 20 aus Halbleitermaterial, so kann die Wicklung 25 auch mit Hochfrequenz gewerden. Das Rohr 20 erhitzt die Halbleiterscheiben

dann seinerseits durch Strahlungswärme. Die Diffusion wird z.B. bei einer Temperatur von 1220⁰C für .eine Dauer von z.B. 24 Stunden durchgeführt.

Die Erfindung ist nicht nur für Diffusion von Halbleiterscheiben aus Silicium sondern auch für die Diffusion von Halbleiterscheiben aus Germanium, ·Α·τττ^Βν"" Verbindungen und AjjB-yj-Verbindungen- anwendbar. Die Anordnung ist ebenso für die Oxidation von Halbleiterscheiben mit Vorteil verwendbar weil dort die gleichen Probleme wie bei der Diffusion auftreten,

8 Ansprüche -

5 Figuren

VPA 9/110/1068 209883/0946 -7-

Claims

Ji

1. Anordnung zum Eindiffundieren von Dotierstoffen in Halbleiterscheiben, mit einem Rohr, in dem die Halbleiterscheiben auf die Diffusionstemperatur erhitzt werden, und einem aus Halbleitermaterial bestehenden, mit Führungsmittel versehenen Halter, der die Halbleiterscheiben trägt, dadurch g e k e η η - z e ichnet , daß der. Halter in Form eines Troges ausgebildet ist, mit aus Halbleitermaterial bestehen-*· ' den Seitenwänden, die bis etwa in die Höhe des Schwerpunktes der Halbleiterscheiben oder höher reichen, daß die Seitenwände auf der den Halbleiterscheiben zugewandten Seite mit rechtwinklig zur Längsachse des Troges liegenden Nuten oder daß sie mit rechtwinklig zur Längsachse des Troges liegenden Schlitze versehen sind, die die Ränder der Halbleiterscheiben auf der geannten Höhe umfassen.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände (9»10) quer zur Längsachse des Troges gekrümmt sind, daß der Krümmungsradius der Seitenwände etwa gleich den Krümmungsradius der Halbleiterscheiben (5) ist, und daß die Krümmungsmittelpunkte auf der gleichen Seite der Seitenwände liegen.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch'.ge kennzeichnet , daß die Seitenwände (12,13) quer zur Längsachse des Troges gekrümmt sind, daß der Krümmungsradius der Seitenwände mindestens so groß wie der der Halbleiterscheiben (5) ist, und daß die Krümmungsmittelpunkte der Seitenwände (12,13) und der Halbleiterscheiben (5) auf verschiedenen Seiten der Seitenwände liegen.

VPA 9/110/1068 ■ - 8 -

98 8 3/0946

21338A3

4· Anordnung na eli Anspruch. 2 oder 3, da d u r c h g e k e η η ze i c h η e t , daß die Seitenwände aus Rohrsegmenten bestehen.

c Anordnung .nach Anspruch 1, 2 oder 3, d ä d u r c h gekennzeichnet , daß die Seitenwände durch Stützen (11) verbunden sind.

6. Anordnung nach Anspruch 1," 2 oder 3> dadurch gekennzeichnet , daß die Seitenwände ,durch eine Bodenplatte (1) verbunden sind.

7» Anordnung nach Anspruch !,dadurch g e k e η ηζ ei c h η e t , daß der Trog aus einem parallel zur Längsachse aufgetrennten Rohrsegment mit kleinerem Innendurchmesser als die Halbleiterscheiben besteht und daß der Trog mit von den Trennstellen ausgehenden Schlitzen versehen ist.

8, Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ύ a -durch gekennzeichnet, daß die Seitenwände und/oder die Stützen (11) und/oder die Bodenplatte (1) aus dem gleichen Material wie die Halbleiterscheiben (5) bestehen.

VPA 9/110/1068

20 9883/0 94