DE2133876A1

DE2133876A1 - Anordnung zum eindiffundieren von dotierstoffen

Info

Publication number: DE2133876A1
Application number: DE2133876A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Bachmann
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: US3826377A

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT München 2, -7.·JUL1971

Berlin und München Witteisbacherplatz

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Anordnung zum Eindiffundieren von Dotierstoffen

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Eindiffundieren von Dotierstoffen in Halbleiterscheiben, mit einem Rohr und einer im Rohr angeordneten, aus. Halbleitermaterial bestehenden Bodenplatte, die an der Oberseite mit Führungsnut en versehen ist, in ärenen die Halbleiterscheiben stehen.

Eine solche Anordnung ist bereits beschrieben worden. Die Bodenplatte weist eine Vielzahl von parallelen Führung3nuten auf, in die die zu diffundierenden Halbleiterscheiben hineingesteckt werden. Die Führungsnuten umfassen die Halbleiterscheiben nur- in einem Randbereich, so daß der Dotierstoff in die Halbleiterscheiben eindiffundieren kann.

Die Diffusion von Halbleiterscheiben wird bekanntlich bei hohen Temperaturen durchgeführt. Bei Halbleiterscheiben aus Silbium liegen die Temperaturen etwa zwischen 1050 und 125O⁰C. In diesem Temperaturbereich sind die Halbleiterscheiben relativ leicht plastisch verformbar. Solche plastischen Verformungen führen zu Störungen im Kristallgitter, die sich auf die elektrischen Eigenschaften eines Halbleiterbauelementes nachteilig auswirken. Sitzen die Halbleiterscheiben wie bei der bekannten Anordnung lediglich in den Rand umfassenden Führungsnuten der Bodenplatte, so kippen sie leicht aus der Vertikalen. Dann kann bereits das Gewicht der Scheiben ein Biegemoment auf diese ausüben, so daß Versetzungen und Störungen im Kristallgitter auftreten.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht da-VTA 9/110/1067 Hab/Hob 209883/0951 "²"

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rin_feine Anordnung der eingangs erwähnten Gattung so. weiterzubilden, daß insbesondere durch ein Biegemoment ausgeübte mechanische Einflüsse während der Diffusion von den Scheiben ferngehalten werden.

Die Erfindung ist -dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenplatte in einem einen Boden und Seitenwände aufweisenden Schiffchen liegt, daß plattenförmige Halter aus dem gleichen Halbleitermaterial wie die Halbleiterseheiben vorgesehen sind, daß die Halter mit zu den Führungsnut en parallelen, senkrecht über diesen liegenden Schlitzen versehen sind, in die die Halbleiterscheiben hineinpassen, daß die Schlitze etwa auf der Höhe oder über der Höhe des Schwer- W punktes der Halbleiterscheiben liegen und daß die Seitenwände des Schiffchens Sitzstellen aufweisen, auf denen die Enden der Halter sitzen.

Vorzugsweise ist jeweils einer in den parallelen Führungsnuten nebeneinander stehenden Gruppe von Halbleiterscheiben eine eigene Bodenplatte zugeordnet; dabei können mehrere Bodenplatten hintereinander angeordnet sein. Zweckmäßigerweise weist das Schiffchen am Boden Erhebungen auf,- durch die die Bodenplatten in ihrer Läge gesichert sind. Besonders günstige Ergebnisse werden erzielt, wenn die Halbleiterscheiben nur am Rand von den Schlitzen umfaßt werden. Das Schiffchen kann aus dem gleichen Halbleitermaterial wie die Seheiben, z.B. aus Silicium oder auch aus Quarz bestehen. Die Bodenplatten und.die Halter bestehen zweckmäßigerweise ebenfalls aus dem gleichen Halbleitermaterial.

Die Erfindung wird anhand einiger Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren 1 bis 3 näher erläutert. Es zeigen: :

Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines ersten Aus-

führungsbeipiels
Figur 2 einen Iiängaschnitt durch ein zweites Ausführungs-

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beispiel und

Figur 3 den seheoatischen Querschnitt durch -einen Diffusionsofen, in dem die Anordnung untergebracht ist.

In Figur 1 ist das Schiffchen mit 1 bezeichnet. Auf dem Boden des Schiffchens 1 sitzt eine Bodenplatte 2₁ die an ihrer Oberfläche mit einer Anzahl von parallelen Führungsnuten 3 versehen ist. Die Wände des Schiffchens 1 weisen Unförmige Sitzstellen 4 auf, in denen die Enden plattenförmiger Halter 5 ruhen. Die plattenförmigen Halter 5 sind mit Schlitzen. 6 versehen, die parallel zu den Führungsnut en 3 in der Bodenplatte 2 verlaufen. Jeder der Schlitze 6 liegt dabei senkrecht Über einer Führungsnut 3· Die Halbleiterscheiben, die hier der Übersichtlichkeit halber nicht gezeichnet sind, werden in zwei gegenüberliegende Schlitze 6 zweier benachbarter Halter und die senkrecht darunterliegende Führungsnut 3 eingesteckt. Die Halter 5 liegen so hoch über der Bodenplatte 2, daß die Schlitze 6 die Halbleiterscheiben etwa auf der Höhe ihres Schwerpunktes oder auch darüber umfassen. Damit wird gewährleistet, daß die Halbleiterscheiben bei der Diffusion mechanisch nicht so stark beansprucht werden können, daß es zu Versetzungen im Kristallgefüge der Halbleiterscheiben kommt. Damit wird erreicht, daß Halbleiterscheiben, die vor der Diffuäon versetzungsfrei gewesen sind, auch versetzungsfrei aus dem Diffusionsprozeß hervorgehen.

.Die Bodenplatte 2 und die Halter 3 bestehen aus dem gleichen Halbleitermaterial wie die zu diffundierenden Halbleiterscheiben. Bestehen diese aus Silicium, so sind Bodenplatte 2 und Halter 5 ebenfalls aus Silicium. Die Halter 5 können z.B. aus von einem Stab abgeschnittenen Siliciumscheiben ausgesägt werden« Das Schiffchen 1 kann ebenfalls aus

Silicium bestehen. Dabei geht man zweckmäßigerweise von einem Siliciumrohr mit z.B. fast rechteckigem Querschnitt aus, das der Länge nach durchgesägt wird. Die Sitzstellen

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lassen sich ebenfalls durch Sägen herstellen. Das. erwähnte Rohr aus Halbleitermaterial kann durch pyrοIytische Zersetzung einer gasförmigen Verbindung eines Halbleitermaterials auf einem aufgeheizten Graphitstab hergestellt werden. Soll ein Schiffchen aus Silicium hergestellt werden, so leitet man beispielsweise Silicochloroform SiHCl₅ und Wasserstoff H₂ über den auf eine Temperatur von etwa 1450° aufgeheizten Graphitkörper. Das Silicochloroform reagiert mit dem Wasserstoff, so daß sich am Graphitkörper kristallines Silicium abscheidet. Ist eine genügende Schichtdicke, z.B. 1 bie 5 mm erreicht _f so wird der Trägerkörper abgekühlt. Wegen des höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten schrumpft dieser stärker als die Siliciumschicht und kann daher mähelos aus dem Siliciumroht herausgezogen werden.

Es genügt jedoch auch, wenn das Schiffchen 1 aus Quarz besteht. Da die Halbleiterscheiben nur mit dem aus Halbleitermaterial bestehenden Teilen in Berührung kommen? ist die Gefahr von Beeinflussungen durch das Quarz 'weitgehend ausgeschlossen.

Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 2 sind gleiche Teile wie in Figur 1 mit gleichen Bezügszeichen versehen. In diesem Ausführungsbeispiel ist jeder aus nebeneinanderstehenden Halbleiterscheiben bestehenden Gruppe eine Bodenplatte 7 zugeordnet_;die Schlitze 16 aufweist .. Die ,Bodenplatten 7 werden durch Erhebungen 8, die am Boden des Schiffchens 1 vorgesehen sind, in ihrer Lage gehalten. Die Halbleiterscheiben von denen jeweils nur die erste einer Gruppe sichtbar ist, sind hier mit 9 bezeichnet. Die Halter 5 und- die Bodenplatte 7 bestehen aus dem gleichen Material wie die Halbleiterscheiben 9. Das Schiffchen 1 kann auch hier entweder aus Quarz oder aus dem gleichen

. Halbleitermaterial 'wie--öle Scheiben 9 bestäfeen. Besteht das ScniffehtgB T .&ηέ: Qumrs_ff s© Wimen die Erhebungen 8

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durch Aufschmelzen von Quarzstäbehen hergestellt werden. Besteht das Schiffchen 1 aus Halbleitermaterial, so werden die Erhebungen 8 zweckaäßigerweise gleich bei der Herstellung des Rohres durch entsprechende Formgebung des Trägerkörpers mit hergestellt. In diesem Fall muß das Halbleiterrohr vor dem Entfernen des Trägerkörpers zertrennt werden» da ein einfaches Herausziehen wegen, der Erhebungen 8 nicht möglich ist.

Der Vorteil des zuletzt beschriebenen Ausführungsbeispiels besteht gegenüber dem nach Figur 1 darin, daß die Bodenplatten 7 gegenüber der Bodenplatte 2 relativ klein sind. Sie können daher auf einfacher Weise durch Aussägen aus einer Halbleitersche, be hergestellt werden.

In Figur 3 ist schematisch gezeigt, wie die Anordnung nach der Erfindung in einem Diffusionsofen Untergebracht ist. Auch hier sind gleiche Teile wie in den vorhergehenden Figuren mit gleichen Bezugzeichen versehen. Der Diffusionsofen' besteht im wesentlichen aus einem Rohr 10, das mit zwei Stopfen 11 und 12 versehlosseen ist. Das Rohr 10 und die Stopfen 11 und 12 können aus Quarz oder auch aus Halbleitermaterial, z.B. Silicium bestehen. Der Stopfen 11 weist einen Einlaß 13 und der Stopfen 12 einen Auslaß auf» durch die der Dotierstoff in Gasform zweckmäßiger·*· · weise mit einem Schutzgas, z.B. Stickstoff hindurchtritt. Das Rohr 10 ist von einer Wicklung 15 umgeben, die das Bohr 10 und die Halbleiterscheiben 9 durch Strahlungswärme auf die Diffusionstemperatur erhitzen. Besteht das Rohr aus Halbleitermaterial, so kann die Wicklung 15 auch mit Hochfrequenz gespeist werden. Das Rohr 10. wird dann induktiv erhizt und heizt seinerseits die Halbleiterscheiben 9 durch Strahlungswärme auf. ,

Der Vorteil des Anmeldungsgegenstandes besteht außer den bereits genannten Vorteilen darin, daß die Einzelteile

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leicht austauschbar sind. Dies spielt inabesondere bei Beschädigungen eine Rolle, da reines Halbleitermaterial relativ teuer ist.

Die Erfindung ist nicht nur für Halbleiterscheiben aus Silicium sondern auch für Halbleiterscheiben aus Germanium, AjT-rBy'- oder Aj^By,.-Verbindungen anwendbar.

7 Patentansprüche

3 'Figuren .

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Claims

· Anordnung zum Eindiffundieren von Dotierstoffen in Halbleiterscheiben! mit einem Rohr und einer im Rohr angeordneten, aus Halbleitermaterial be- I

stehenden Bodenplatte, die an der Oberseite mit Führungsnuten versehen ist, in denen die Halbleiterscheiben stehen, dadurch g e k e η η ζ e. i c h η e t , daß die Bodenplatte (2') in einem einen Boden und Seitenwände aufweisenden Schiffchen (1) liegt, daß plattenförmige Halter (5) aus dem gleichen Halbleitermaterial wie die Halbleiterscheiben (9) vorgesehen sind, daß die '

Haller (5) mit zu den Führungsnuten (3) parallelen, senkrecht über diesen liegenden Schlitzen (6) versehen aind, in die die Halbleiterscheiben (9) hineinpassen, daß die Schlitze (6) etwa auf der Höhe oder über der Höhe des Schwerpunktes der Halbleiterscheiben liegen und daß die Seitenwände des Schiffchens (1) Sitz3tellen (4·) aufweisen, auf denen die Enden der Halter sitzen.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils einer in

den parallelen Führungsnuten (3) nebeneinander ·ί

stehenden Gruppe von Halbleiterscheiben (9) eine eigene Bodenplatte (7) zugeordnet ist und daß in dem Schiffchen (1) mehrere Bodenplatten (7) hintereinander angeordnet sind. . '
3. Anordnung nach Anspruch 2, d a d u r c h gekennzeichnet, daß das Schiffchen am Boden Erhebungen (8) aufweist, durch die die Bodenplatten (7) in ihrer Lage gesichert sind.

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4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d adurch gekennzeichnet, daß die

' Halbleiterscheiben (9) nur am Rand von den Schlitzen (6) umfaßt werden.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a durch gekennzeichnet, daß die Bodenplatten (7) und die Halter (5) aus Silicium
bestehen.
6. Anbrdnung nach e'inem der Ansjcüche 1 bis 4» d a durch gekennzeichnet, daß das

ψ ' Schiffchen (1) aus Quarz besteht*
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4» dadurch gekennzeichnet, daß das Schiffchen -(T.) aus Silicium besteht.

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