DE2157135A1 - Anordnung zum eindiffundieren von dotierstoffen - Google Patents

Anordnung zum eindiffundieren von dotierstoffen

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DE2157135A1
DE2157135A1 DE19712157135 DE2157135A DE2157135A1 DE 2157135 A1 DE2157135 A1 DE 2157135A1 DE 19712157135 DE19712157135 DE 19712157135 DE 2157135 A DE2157135 A DE 2157135A DE 2157135 A1 DE2157135 A1 DE 2157135A1
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semiconductor
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DE19712157135
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Konrad Dipl Chem Dr Reuschel
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B31/00Diffusion or doping processes for single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure; Apparatus therefor
    • C30B31/06Diffusion or doping processes for single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure; Apparatus therefor by contacting with diffusion material in the gaseous state
    • C30B31/14Substrate holders or susceptors
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material

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Description

  • 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.
  • 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.
  • Die Diffusion von Halbleiterscheiben wird bekanntlich bei hohen Temperaturen durchgeführt. Bei Xalbleiterscheiben aus Silicium liegen die Temperaturen etwa zwischen 1050 und 1250°C.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Zweckmäßigerweise wird die Breite der Führungsnuten kleiner als das 1,5fache der Dicke der Halbleiterscheiben gemacht.
  • 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.
  • 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.
  • Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Figuren 1 und 2 näher erläutert.
  • 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.
  • 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.
  • An den Enden des Rohres sind Öffnungen 5,7 vorgesehen, durch die ein aus Halbleitermaterial bestehender Stab gesteckt ist.
  • Dieser sichert die zu diffundierenden Halbleiterscheiben gegen Herausfallen.
  • 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.
  • 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.
  • Soll das Rohr aus Germanium hergestellt werden, so verwendet man z. B. Germaniumtetrachlorid GeCl4 und Wasserstoff H2.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die eingangs für die Diffusion erwähnten Vorteile gegenüber einer Anordnung aus Quarz gelten auch für die Oxydation von Halbleiterscheiben.
  • 5 Patentansprüche 2 Figuren

Claims (5)

  1. Patentansrüche 1. Anordnung zum findiffundieren von Dotierstoffen in Halbleiterscheiben, mit einem Rohr und einer im Rohr angeordneten, aus Halbleitermaterial bestehenden ebenen Bodenplatte, die an der Oberfläche mit führungsnuten versehen ist, in denen die Halbleiterscheiben ebenen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Bodenplatte (2) Teil der Wandung eines aus Halbleitermaterial bestehenaen Rohres (1) ist und daß die der Bodenplatte gegenüberliegende Seite der Wandung als ebene Deckplatte (4) ausgebildet und mit Führungsnuten (5) versehen ist, in die die Halbleiterscheiben (9) hineinpassen.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n e z e i c h n e t , daß die Breite der Nuten (3,5) kleiner als das 1,5fache der Dicke der Halbleiterscheiben (9) ist.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Führungsnuten (3,5) parallel zur Längsachse des Rohres (1) liegen.
  4. 4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Tiefe der Führungenuten (3,5) nicht größer als 5 des Scheibendurchmessers ist.
  5. 5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß an den Enden des Rohres einander gegenüberliegende Aussparungen (6) vorgesehen sind, durch die Stäbe (8) aus Halbleitermaterial hindurchgesteckt sind.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4339645A (en) * 1980-07-03 1982-07-13 Rca Corporation RF Heating coil construction for stack of susceptors

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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