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Anordnung zum Eindiffundieren von Dotierstoffen Die vorliegende Erfindung
bezieht sich auf eine Anordnung zum Eindiffundieren von Dotierstoffen in Halbleiterscheiben,
mit einen nicht und einer im Rohr angeordneten, aus Halbleitermaterial bestehenden
ebenen Boåenplatte, die an der Oberfläche mit Führungsnuten versehen ist, i.n denen
die Halbleiterscheibem stehen.
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Eine solche Anordnung ist bereits beschreiben worden. Die Bodenplatte
weist eine Vielzahl von parallel Führungsnuten auf, in die die zu diffundierenden
Halbleiterscheiben hineingesteckt werden. Die Führungsnuten unfassen die Halbleiterscheiben
nur in einem schmalen Randbereichs so daß der Dotierstcff nahezu ohne Abschattung
in die ganze Fläche der Halbleiterscheiben eindiffundieren kann.
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Die Diffusion von Halbleiterscheiben wird bekanntlich bei hohen Temperaturen
durchgeführt. Bei Xalbleiterscheiben aus Silicium liegen die Temperaturen etwa zwischen
1050 und 1250°C.
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In diesem Temperaturbereich sind die Haibleiterschelben plastisch
verformbar. Solche plastischen Verformungen führen zu Störungen im Kristallgitter,
die sich auf die elektrischen Eigenschaften eines Hafflbleiterbauelementes nachteilig
auswirken.
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Sitzen die Halbleiterscheiben wie bei der bekannten Anordnung lediglich
in den unteren Teil des Randes umfassenden Führungsnuten der Bodenplatte, so kann
bereits das Gewicht der Scheiben ein Biegemoment -auf diese ausüben, so daß Versetzungen
und Störungen1 z. 3. Gleitungen,im Kristallgitter auftreten.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin,
eine
Anordnung der eingangs erwähnten Gattung so weiterzubilden, daß insbesondere durch
ein Biegemoment ausgeübte mechanische Einflüsse während der Diffusion von den Scheiben
ferngehalten werden.
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Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenplatte 'Reil
der Wandung eines aus Halbleitermaterial bestehenees Rohres ist und daß die der
Boaenplatte gegenüberliegende Seite der landung als ebene Deckplatte ausgebildet
und mit Führungsnuten versehen ist, in die die Halbleiterscheiben hineinpassen.
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Zweckmäßigerweise wird die Breite der Führungsnuten kleiner als das
1,5fache der Dicke der Halbleiterscheiben gemacht.
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Die Führungsnuten liegen vorzugsweise parallel zur Längsachse des
Rohres. Die Tiefe der Führungsnuten wird zweckmäßigerweise nicht größer als 5% des
Scheibendurchmessers sein. Das Rohr kann an den Enden etwa in Höhe der Mittelpunkte
der -Halbleiterscheiben einander gegenüberliegende Aussparungen aufweisen, durch
die Stäbe aus Halbleitermaterial hindurchgesteckt sind.
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Der Vorteil liner solchen Anordnung gegenüber einer Anordnung aus
Quarz besteht darin, daß das Rohr aus sehr reinen Halbleitermaterial hergestellt
werden kann, während in Quarz inmer Verunreinigungen enthalten sind, die bein Diffusionsvorgang
in die Halbleiterscheiben eindringen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß eine
Wiederverwendung des Rohres aus Halbleitermateriaa praktisch beliebig oft möglich
ist, während Quarz bei Diffusionstemperatur im Lauf der Zeit kristallisiert und
leicht Quarzstaub bildet. Außerdem vertragen Rohre aus Halb'eitermaterial höhere
Temperaturen als Quarzrohre, ohne sich zu verformen.
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Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung
mit den Figuren 1 und 2 näher erläutert.
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Es zeigen: Figur 1 die perspektivische Ansicht der Anordnung gemäß
der Erfindung und Figur 2 einen Längsschnitt durch diese Anordnung, die In einem
Diffusionsofen untergebracht ist.
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In Figur 1 ist ein aus Halbleitermaterial bestehendes Rohr mit 1 bezeichnet.
Ein Teil der Rohrwandung bildet eine Bodenplatte 2, die mit Führungsnuten 3 versehen
ist. Die der Bodenplatte 2 gegenüberliegende Seite der Wandung des Rohres 1 ist
eben ausgebildet unci dient als Deckplatte, die mit AL bezeichnet ist. Die Deckplatte
4 weist Führungsnuten 5 auf. In die Führungsnuten 3 und 5 werden zu diffundierende
Scheiben aus Halbleitermaterisl eingesteckt. Die Führungsnuten 3 und 5 liegen einander
so gegenüber, daß die H31bleitersoheiben senkrecht stenen, wenn die Deckplatte 4
und die Grundplatte 2 waagrecht liegen. Zweckmäßigerweise wird die Breite der Führungsnuten
3 und 5 nicht größer als das 1,5fache der Scheibendicke gewählt. Damit wird sichergestellt,
daß einerseits der Dotierstoff, der durch das Rohr hindurchgeleitet wird, Zutritt
zum Scheinrand hat, während andererseits die Neigung der Halbleiterscheiben bezüglich
der Vertikalen vernachlässiger Hering bleibt. Dadurch ist ein Verbiegen aer Halbleiterscheiben
aufgrund ihres Gewichtes bei den bei der diffusion angewandten hohen temperaturen
ausgeschlossen. Die Tiefe der Nuten 3 und 5 betrs=gt Zweckmäßigerweise weniger als
5% des Durcnressers der Halbleiterscheiben. Damit hat der Dotierstoff fast ungehindert
auch Zutritt zum Rand der Halbleiterscheiben.
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An den Enden des Rohres sind Öffnungen 5,7 vorgesehen, durch die ein
aus Halbleitermaterial bestehender Stab gesteckt ist.
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Dieser sichert die zu diffundierenden Halbleiterscheiben gegen Herausfallen.
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Für Scheiben von z. B. 32,5 mm Durchmesser wird der Abstand
dl
z. B. 31 mm und der Abstand d2 s. 3. 33 mm gewählt. Es empfiehlt sich, zur Diffusion
von Halbleiterscheiben ein Rohr aus dem gleichen Halbleitermaterial zu wählen, aus
dem auch die Halbleiterscheiben bestehen. Das Rohr 1 kann dementsprechend z. B.
aus Silicium, Germanium, Siliciumkarbid, einer AIIIBV-Verbindung oder einer AIIBIV-Verbindung
bestehen.
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Das Halbleiterrohr wird zweckmäßigerweise dadurch hergestellt, daß
e eine gasförmige Verbindung des Halbleitermaterials zusammen mit Wasserstoff über
einen erhitzten Trägerkörper geleitet wird, dessen Außenfläche entsprechend der
Innenfläche des Rohres 1 geformt und mit Nuten vorsehen ist. Zum Herstellen eines
Siliciumrohres wird ein Gemisch aus Silicochloroform SiHCl3 und Wasserstoff H2 über
einen z. 3. aus Graphit bestehenden Trägerkörper geleitet, der auf eine Temperatur
von etwa 110D bis 1200°C aufgeheizt ist. Bei einem Molverhältnis von z. B. 1 : 0,15
Wasserstoff zu Silicochloroform ergibt sich damit eine Abscheidungsrate von etwa
0,1 gSi/cm²h. Zur Erzielung einer Wandstärke von z. B. 2 mm ist eine Abscheidezeit
von 4 bis 5 Stunden erforderlich. Ist eine genügende Schichtdicke erreicht, so läßt
man den Trägerkörper mit dem Hohr etwa 1/2 Stunde abkühlen, wobei der TrçgerL er
wegen seines höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten stärker schrumpft als
das Halbleiterrchr und SOmIt ohne weiteres aus dem Rohr herausgezogen werden kann.
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Soll das Rohr aus Germanium hergestellt werden, so verwendet man z.
B. Germaniumtetrachlorid GeCl4 und Wasserstoff H2.
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Soll ein aus Siliciunkarbid bestehendes Rohr hergestellt werden, so
wird als gasförmige Verbindung Trichlormethylsilan CH3SiCl3 mit Wasserstoff verwendet.
Soll das Rohr z. B. aus Bornitrid bestehen, wird z. B. Hexachloriborazol B3N3Cl6
und wasserstoff verwendet.
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In Figur 2 sind für gleiche Teile wie in Figur 1 gleiche
Bezugszeichen
verwendet. Das Rohr 1 enthält Halbleiterscheiben 9, die durch die Stäbe 8 fixiert
sind. Diese Stäbe liegen etwa auf der Höhe des Mittelpunktes der HalD-leiterscheiben
9. Sie bestehen zweckmäßigerweise ebenfalls aus dem gleichen Halbleitermaterial
wie die Scheiben 9.
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Das Rohr 1 ist in einem als Diffusionsofen dienenden 3ehälter 11 untergebracht,
der an den Enden mit Kegelschliffen 12 und 13 versehen ist. Der Behälter 11 kann
z. B. aus Quarz oaer auch aus Halbleitermaterial bestehen. In die Kegelschliffe
12 und 13 sind Stopfen 14 bzw. 15 eingepreßt. Der Stopfen 14 ist mit einem Einlaßrohr
16 und der Stopfen 15 ist mit einem Auslaßrohr 17 versehen. Der Behälter 11 ist
von einer Heizwicklung 18 umgeben, die über Anschlüsse 19- und 20 an eine nicht
gezeigte Spannungsquelle angeschlossen ist. Die Wicklung 18 kann als Strahlungsheizer
oder auch als Hochfrequenzwicklung ausgebildet sein. Ist sie als Hochfrequenzwicklung
ausgebildet, so wird das Rohr 1 induktiv erhitzt. Die Halbleiterscheiben 9 werden
dann durch Strahlungssrärme langsan und gleichmäßig aufgeheizt.
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Die Dotierungssubstanz wird durch das Einlaßrohr 16 in Gasform eventuell
mit einem inerten Trägergas eingeblasen. ba die Scheiben parallel zur Gasströmung
liegen, hat der Dotierstoff ungehinderten Zutritt zur Oberfläche der Xalbleiterscheiben.
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Die beschriebene unordnung kann nicht nur zur Diffusion von Halbleiterscheiben
sondern auch zur Oxydation von Siliciumscheiben z. B. als erster Schritt für eine
Fotomaskierung verwendet werden. Dazu wird anstatt des gasförmigen Dotierstoffe
trockener Sauerstoff in den Behälter 11 eingeblasen.
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Die eingangs für die Diffusion erwähnten Vorteile gegenüber einer
Anordnung aus Quarz gelten auch für die Oxydation von Halbleiterscheiben.
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5 Patentansprüche 2 Figuren