DE2201084A1

DE2201084A1 - Diffusion doping jig - for semiconductor slices made from tube of same material

Info

Publication number: DE2201084A1
Application number: DE19722201084
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl-Chem Dr Dietze
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-01-11
Filing date: 1972-01-11
Publication date: 1973-07-19
Also published as: BE793910A; JPS4881473A

Abstract

An open-ended boat of semiconductor material has axially parallel grooves in its base into which the bottom edges of the slices are fitted. On top of the curved side walls of the boat, holders are placed with curved edges slotted to match the base grooves and with either concave or convex side upwards; the holders are esp., cut from the same oblate tube as the boat and are then fitted crosswise so that their slots are aligned with the grooves. The width of slots and grooves is 1.5 times the slice thickness. Contamination is prevented.

Description

Anordnung zum, Eindiffundieren von Dotierstoffen in Halbleiterscheiben 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 Bodenpiatte, die an der Oberseite mit Führungsnuten versehen ist, in denen die Halbleiterscheiben stehen.Arrangement for diffusing dopants into semiconductor wafers The present invention relates to an arrangement for diffusing in Dopants in semiconductor wafers with a tube and one arranged in the tube, Base plate made of semiconductor material with guide grooves on the top is provided, in which the semiconductor wafers are.

Eine solche Anordnung ist bereits beschrieben worden. Die Bodenplatte weist eine Vielzahl von parallelen Führungsnuten auf, in die die zu diffundierenden Halbleiterscheiben hineingesteckt werden. Dis Führungsnuten umfassen die Halbleiterscheiben nur in einem schmalen Randbereich, so daß der Dotierstoff fast ohne Abschattung in die ganze Fläche der Halbleiterscheiben eindiffundieren kann. Zur Diffusion wird die Bodenplatte in einen Quarzbehälter untergebracht.Such an arrangement has already been described. The bottom plate has a plurality of parallel guide grooves into which the to be diffused Semiconductor wafers are inserted. The guide grooves encompass the semiconductor wafers only in a narrow edge area, so that the dopant has almost no shadowing can diffuse into the entire surface of the semiconductor wafers. Becomes diffusion the bottom plate housed in a quartz container.

Die Diffusion von Halbleiterscheiben wird bekanntlich bei hohen Temperaturen durchgeführt. Bei Halbleiterscheiben aus Silicium-liegen die Temperaturen etwa zwischen 1050 und 1250°C. In diesem Temperaturbereich sind die Halbleiterscheiben plastisch verformbar. Solche plastischen Verformungen führen zu Störugen im Kristallgitter, die sich auf die elektrischen Eigenschaften eines Halbleiterbauelements nachteilig auswirken. S-itzen die HalbleLterscheiben wie bei der bekannten Miordnung lediglich in den unteren Teil des Randes umfassenen Führungsnuten der Bodenplatte, so kann bereits das Gewicht der Scheiben ein Biegemoment auf diese ausüben, so daß Versetzungen und Störungen, z. B. Gleitungen, Im Kristallgitter auftreten.The diffusion of semiconductor wafers is known to occur at high temperatures carried out. In the case of semiconductor wafers made of silicon, the temperatures are roughly between 1050 and 1250 ° C. The semiconductor wafers are plastic in this temperature range deformable. Such plastic deformations lead to disturbances in the crystal lattice, which adversely affect the electrical properties of a semiconductor component impact. As in the well-known disorder, the semiconductor wafers merely sit in the lower part of the edge include guide grooves of the base plate, so can already the weight of the disks exert a bending moment on them, so that dislocations and disturbances, e.g. B. Slides, occur in the crystal lattice.

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 werdene Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenplatte Teil eines aus Halbleitermaterial bestehenden, oben offenen und mit Seitenwänden versehenen Schiffähens ist und daß das Schiffchen t gewölbten Haltern aus Halbleitermaterial abgedeckt ist, daß die Halter mit parallel zu den Führungsnuten verlaufenden Führungsschlitzen versehen sind, in die die Halbleiterscheiben hineinpassen, daß die Führungsnuten und Führungsschlirtze jeweils senkrecht übereinander angeordnet sind und daß Halter und Schiffchen Teile eines durch einen parallel zu seiner Längsachse auseinandergeschnittenen Halbleiterrohres sind, Die Halter können mit ihrer Wölbung nach unten oder nach oben auf das Schiffehen aufgelegt werden. Die Wölbung liegt dabei zweckmäßigerweise rechtwinklig zur Längsachse des Schiffchens. Die Halbleiterscheiben können jeweils durch Führungsschlitze zweier in Längsrichtung des Schiffehens gesehen hintereinanderliegender Halter gehalten werden. Die Halter können an der Unterseite mit Nuten versehen sein, in-die die Seitenwände des Schiffchens hineinpassen. Die Freite der Führungsnuten und der Schlitze beträgt zweckmäßigerweise nicht mehr als das 1,5fache dei Dicke der Halblei erscheibcn.The object of the invention is to provide an arrangement of the type mentioned above so that in particular by a bending moment mechanical influences exerted during diffusion are kept away from the panes The invention is characterized in that the base plate is part of a made of semiconductor material, open at the top and provided with side walls Ship sewing is and that the shuttle t arched holders made of semiconductor material it is covered that the holder with guide slots running parallel to the guide grooves are provided, into which the semiconductor wafers fit, that the guide grooves and guide slits are each arranged vertically one above the other and that holder and shuttle parts of a cut apart by a parallel to its longitudinal axis Semiconductor tube, the holder can be curved downwards or downwards be placed on top of the ship. The curvature is expediently perpendicular to the longitudinal axis of the shuttle. The semiconductor wafers can each through guide slots two one behind the other as seen in the longitudinal direction of the ship Holders are held. The holders can be provided with grooves on the underside, into which the side walls of the shuttle fit. The clearance of the guide grooves and the slot is suitably no more than 1.5 times the thickness the half-piece.

Der Vorteil einer solchen Anordnung gegenüber einer Anordnung aus Quarz besteht darin, daß das Schiffchen und die Halter aus sehr reinem Halbleiternaterial hergestellt werden können, während im Quarz immer Verunreinigungen enthalten sind, die beim Diffusionsvorgang in die Halbleiterscheiben eindringen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß eine Wiederverwendung des Schiffchens und der Halter aus Halbleitermaterial praktisch beliebig oft möglich ist, während quarz bei Diffusionstempera -turen im Laufe der Zeit kristallisiert und leicht Quarzstaub bildet.The advantage of such an arrangement over an arrangement Quartz consists in the fact that the boat and the holder are made of very pure semiconductor material can be produced, while the quartz always contains impurities, which penetrate the semiconductor wafers during the diffusion process. Another advantage is that reuse of the shuttle and the holder made of semiconductor material practically any number of times is possible, while quartz at diffusion temperatures in the Crystallizes over time and easily forms fumed silica.

Außerdem vertragen die aus Halbleitermaterial bestehenden Teile höhere Temperaturen als Quarzrohre, ohne sich zu verformen. Ein anderer Vorteil besteht darin, daß die Halbleierscheiben fast allseitig von Iialbleitermaterial umgeben sind. Werden das Schiffchen und die Halter z. B.In addition, the parts made of semiconductor material can withstand higher levels Temperatures as quartz tubes without deforming. There is another benefit in that the semiconductor wafers are surrounded by semiconductor material on almost all sides are. If the shuttle and the holder z. B.

induktiv erhitzt, so geben Schiffchen und Halter ihre Wärme gleichmäßig an die Halbleterscheiben ab. Damit ist ein gleichmäßiger Diffusionsvorgang für alle Scheiben gewährleistet. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Anordnung gemäß der Erfindung auf besonders einfache Weise herstellbar ist.inductively heated, the boat and holder give their heat evenly on the half-meter targets. This means that there is an even diffusion process for everyone Discs guaranteed. Another advantage is that the arrangement according to of the invention can be produced in a particularly simple manner.

Die Erfindung wird an Hand zweier Ausfiihrungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren 1 bis 4 näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels, Figur 2 eine perspektivische Ansieht eines zweiten Ausführungbeispiels, Figur 3 ein Rohr aus Halbleitermaterial, aus dem die Kalter und das Schiffchen hergestellt werden können und Figur 4 einen Längsschnitt durch eine in einem Diffusionsofen untergebrachte Anordnung nach Figur 1.The invention is illustrated in conjunction with two exemplary embodiments explained in more detail with FIGS. 1 to 4. They show: FIG. 1 a perspective View of a first exemplary embodiment, FIG. 2 a perspective view of a second exemplary embodiment, FIG. 3, a tube made of semiconductor material which the cold and the boat can be made and Figure 4 is a longitudinal section by an arrangement according to FIG. 1 housed in a diffusion furnace.

In Figur 1 ist ein Schiffchen aus Halbleitermaterial mit 1 bezeiclmet.-Es weist eine ebene Bodenplatte 2 auf, auf deren Oberseite Führungsnuten 3 vorgesehen sind. Das Schiffchen 1 ist mit Seitenwänden 4 versehen, auf die Halter 5 aufgelegt sind.In FIG. 1, a boat made of semiconductor material is denoted by 1 has a flat base plate 2, on the upper side of which guide grooves 3 are provided are. The shuttle 1 is provided with side walls 4 on which the holder 5 is placed are.

Die Falter 5wsind mit Füiirungsschlitzen 6 versehen, die parallel zu den Führungsnuten 3 verlaufen. Die Halter weisen an der Außenseite Nuten 7 auf, in die die Seitenwände 4 des Schiffchens 1 hineinpassen. Damit viird ein seitliches Verschieben der Halter 5 bezüglich des Schiffehens vermieden und die Führungsschlitze 6 liegen immer genau senkrecht über den Führungsnuten 3.The folders 5w are provided with guide slots 6 which are parallel run to the guide grooves 3. The holders have grooves 7 on the outside, into which the side walls 4 of the shuttle 1 fit. This creates a lateral Moving the holder 5 with respect to the ship avoided and the guide slots 6 are always exactly vertically above the guide grooves 3.

In die Ftihrungsschlitze 6 und die Führungsnuten 3 werden Haibleiterscheiben eingesteckt, die hier der ttbersichtlichkeit hälber -nicht- eingezeibhnet sind, Die Halbleiterscheiben werden auf die -Unterseite durch eine der Führungsnuten 3 und auf der Oberseite durch zwei in Längsrichtung des Schiffchens gesehen liegende Führungsschlitze 6 zweier benachbarter Halter 5 geführt. Die Breite der Führungsnuten 3 und der Ftmrungssohlitze 6 betragt zweckmäßigerweise nicht mehr als das 1,5fache der Dicke der Halbleiterscheiben. Damit ist ein Zutritt Von Dotierstoff auch zum Rand der Halbleiterscheiben gewährleistet. Außerdem wird ein Kippen der Halbleiterscheiben aus der Vertikalen auf einen vernachlässigbaren Wert beschränkt.Semiconductor disks are placed in the guide slots 6 and the guide grooves 3 inserted, which are -not- shown here for the sake of clarity, The semiconductor wafers are placed on the underside through one of the guide grooves 3 and on the top through two lying seen in the longitudinal direction of the shuttle Guide slots 6 of two adjacent holders 5 out. The width of the guide grooves 3 and the Ftmrungssohlitze 6 is expediently not more than 1.5 times the thickness of the semiconductor wafers. This means that dopant also has access to the Edge of the semiconductor wafers guaranteed. In addition, there is a tilting of the semiconductor wafers from the vertical to a negligible value.

In Figur 2 sind die gleichen Teile wie in Figur 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen. Bei dieser Anordnung sind die Halter 5 mit ihrer Wölb-ung nach oben auf die Seitenwände 4 des Schiffchens 1 aufgelegt. Für die Anordnung der Führungsschlitze 6 bezüglich dbr Führungsnuten 3 gilt das gleiche wie für Figur 1.In FIG. 2, the same parts as in FIG. 1 are given the same reference numerals Mistake. In this arrangement, the holders 5 are upwardly curved with their curvature the side walls 4 of the shuttle 1 are placed. For the arrangement of the guide slots 6 with regard to the guide grooves 3, the same applies as for FIG. 1.

Das Schiffühen 1 und die Halter 5 bestehen in beiden Ausführungsbeispielen aus Halbleitermaterial. Zweckmäßigerweise bestehen sie aus dem gleichen Halbleitermaterial wie -die zu diffundierenden Scheiben. Das Schiffchen 1 und die Halt er 5 können dementsprechend z. B. aus Silicium, Germanium, Siliciumcarbid, einer AIIIBV - oder einer AIIBVI - Verbindung bestehen.The Schiffühen 1 and the holder 5 exist in both embodiments made of semiconductor material. Appropriately, they consist of the same semiconductor material like -the panes to be diffused. The shuttle 1 and the stop he 5 can accordingly z. B. made of silicon, germanium, silicon carbide, an AIIIBV - or an AIIBVI connection exist.

Das Schiffchen 1 und die Halter 5 werden zweckmäßigerweise aus einem aus Halbleitermaterial bestehenden Rohr hergestellt. min solches Rohr kann dadurch hergestellt erden, daß eine gasförmige Verbindung des Halbleitermaterials zuspannen mit Wasserstoff über einen erhitzten Trägerkörper geleitet wird, dessen Außenfläche entsprechend der Innenfläche des Rohres geformt und auf einer der flachen Seiten mit Nuten versehen ist. Zum Herstellen eines Siliciumrohres wird ein Gemisch aus Silicochloroform SiHCl3 und Wasserstof-f H2 über, einen z. B. aus Graphit bestehenden Trägerkörper geleitet, der auf eine Temperatur von etwa t100 bis 12000C aufgehe-izt wird. Bei einem Molverhältnis von z. B. 1 : 0,15 Wasserstoff zu Silicochloroform ergibt sich bei einem Durchsatz von 5 1 Gasgemisch/cm2 Abscheidungsfläche eine Abscheidungsrate von etwa 0,1 g Si/cm2 h.The shuttle 1 and the holder 5 are expediently from one made of semiconductor material tube. min such pipe can thereby ground produced that clamp a gaseous compound of the semiconductor material is passed with hydrogen over a heated support body, the outer surface of which Shaped to match the inner surface of the tube and on one of the flat sides is provided with grooves. To produce a silicon tube, a mixture of Silicochloroform SiHCl3 and hydrogen f H2 over, a z. B. off Graphite existing support body passed to a temperature of about t100 is heated up to 12000C. At a molar ratio of e.g. B. 1: 0.15 hydrogen to silicochloroform results in a throughput of 5 1 gas mixture / cm2 separation area a deposition rate of about 0.1 g Si / cm2 h.

Zur Erzielung einer Wandstärke von z. B. 2 mm isteine Abscheidezeit von vier bis fünf Stunden erforderlich. Ist die gewünschte Schichtdicke erreicht, so läßt man den Trägerkörper mit dem Rohr etwa eine halbe Stunde abkühlen, wonach der Trägerkörper ohne weiteres aus dem Rohr herausgezogen oder mit Luft herausgebrannt werden kann.To achieve a wall thickness of z. B. 2 mm is a deposition time from four to five hours required. Once the desired layer thickness has been reached, so the support body with the tube is allowed to cool for about half an hour, after which the carrier body is easily pulled out of the tube or burned out with air can be.

Sollen das Schiffchen und die Halter aus Germanium bestehen, so verwendet man z. B. Germaniumtetrachlorid GeCl4 und Wasserstoff H2. Sollen die genannten Teile aus Siliciumcarbid bestehen, so wird als gasförmige Verbindung Trichlormethylsilan CH3SiCl3- und Wasserstoff verwendet. Für Teile aus Bornitrid verwendet man z. 3. Hexachlorborazol BN3Cl6 und Wasserstoff.If the shuttle and the holder are to be made of germanium, then used one z. B. germanium tetrachloride GeCl4 and hydrogen H2. Shall the mentioned parts consist of silicon carbide, trichloromethylsilane is used as a gaseous compound CH3SiCl3- and hydrogen used. For parts made of boron nitride one uses z. 3. Hexachloroborazole BN3Cl6 and hydrogen.

Ein auf diese Weise hergestelltes Rohr ist in Figur 3 dargestellt. Das Rohr wird durch Schnitte 8 und 10 z. B. in drei Teile zerteilt. Damit erhält man das Schiffchen 1 mit den Seitenwänden 4 und der Bodenplatte 2 und außerdem zwei Teile 9, die nach dem Anbringen der Fiihrungsschlitze als Halter verwendet werden In die Bodenplatte 2 werden FiZrungsnuten z. B.A pipe produced in this way is shown in FIG. The pipe is cut through cuts 8 and 10 e.g. B. divided into three parts. So it gets one the shuttle 1 with the side walls 4 and the bottom plate 2 and also two Parts 9, which are used as a holder after the guide slots have been made In the bottom plate 2 FiZrungsnuten z. B.

durch Sägen mit einer Kreissäge oder durch Fräsen eingearbeitet.incorporated by sawing with a circular saw or by milling.

Die Führungsschlitze werden ebenfalls durch Sägen hergestellt.The guide slots are also made by sawing.

In Figur ist ein Diffusionsofen im Schnitt gezeigt, in den eine Anordnung nach Figur 1 untergebracht ist. Auch hier sind gleiche. Teile wie in Figur 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figure, a diffusion furnace is shown in section, in which an arrangement is housed according to Figure 1. Here too are the same. Share as in Figure 1 provided with the same reference numerals.

Im Schiffchen 1 sind Halbleiterscheiben 11 angeordnet, die an der Unterseite durch die izührungsnuten 3 und an der Oberseite durch einander gegenüberliegende Führungsschlitze 6 zweier benachbarter Halter 5 geführt werden. er Diffusionsofen weist einen Behälter 13 auf, der entweder aus Quarz oder aus Halbleitermaterial bestehen'kann. An den Enden ist der Behälter 13 mit Anschliffen 14, 15 versehen, die mittels kegelig, geschliffener Stopfen 16 bzw. 17 verschlossen sind. Der Stopfen 16 weist ein Einlaßrohr 18 und der Stopfen 17 Bn Auslaßrohr 19 auf. Der Behälter 13 ist mit-einer Heizwicklung 20 versehen, die über Anschlüsse 21 und 22 an eine nicht gezeigte Spannungsquelle angeschlossen sind. Die Wicklung 20 kann als Strahlungsheizer oder auch als Hochfrequenzwicklung ausgebildet sein. Ist sie als Hochfrequenzwicklung ausgebildet, so wird das Schiffchen 1 und die Halter induktiv erhitzt. Die Halbleiterscheiben 11 werden dann von alleii Seiten durch Strahlungswärme langsam und gleichmäßig aufgeheizt. Das Halbleiterrohr kann auch durch direkten Stromdurchgang aufgeheizt werden.In the shuttle 1 semiconductor wafers 11 are arranged on the Bottom by the izührungsnuten 3 and on the top by opposing Guide slots 6 of two adjacent Holder 5 are guided. he diffusion furnace has a container 13 made either of quartz or of semiconductor material can exist. At the ends of the container 13 is provided with bevels 14, 15, which are closed by means of conical, ground plugs 16 and 17, respectively. The stopper 16 has an inlet pipe 18 and the plug 17 Bn outlet pipe 19. The container 13 is provided with a heating coil 20, which via connections 21 and 22 to a voltage source not shown are connected. The winding 20 can be used as a radiant heater or also be designed as a high-frequency winding. Is it as a high frequency winding formed, the boat 1 and the holder is heated inductively. The semiconductor wafers 11 are then slowly and evenly heated from all sides by radiant heat. The semiconductor tube can also be heated by direct current passage.

Die Dotierungssubstanz wird durch das Einlaßrohr 16 in Gasform evtl. mit einem inerten Trägergas eingeleitet. Da die Scheiben parallel zur Gasströrlunb liegen, hat der Votierstoff ungehinderten Zutritt zur Oberfläche der Halbleiterscheiben.The doping substance is possibly in gaseous form through the inlet pipe 16. initiated with an inert carrier gas. Since the panes are parallel to the gas flow are, the Votierstoff has unimpeded access to the surface of the semiconductor wafers.

Die beschriebene Anordnung kann nicht nur zur Diffusion von Halbleiterscheiben, sondern auch zur Oxydation von Siliciumscheiben, z. 3. als erster Schritt für eine Fotomaskierung, verwendet werden. Dazu wird an Stelle des gasförmigen Dotierstoffes trockener Sauerstoff in den Behälter 11. eingeblasen. Die eingangs für die Diffusion erwähnten Vorteile gegenüber einer Anordnung aus Quarz und gegenüber der bekannten Anordnung gelten auch für die Oxydation von Halbleiterscheiben.The arrangement described can not only be used for the diffusion of semiconductor wafers, but also for the oxidation of silicon wafers, e.g. 3. As the first step for one Photo masking, can be used. For this purpose, instead of the gaseous dopant dry oxygen blown into the 11. container. The entrance for diffusion mentioned advantages over an arrangement made of quartz and over the known Arrangement also apply to the oxidation of semiconductor wafers.

6 Patentansprüche 4 Figuren6 claims 4 figures

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Arrangement for the diffusion of Dopants in semiconductor disks, with one tube and one arranged in the tube, Base plate made of semiconductor material with guide grooves on the top is provided, in which the semiconductor wafers are, d a d u r-c h g e k e n n n z e i c h -n e t that the base plate (2) is part of a semiconductor material * open top and with.

Side walls provided shuttle (1) and that the shuttle (1) is covered with curved holders (5) made of semiconductor material that the holder are provided with guide slots (6) parallel to the guide slots (3), in which fit the semiconductor wafers (11), that the guide grooves and guide slots are arranged one above the other and that the holder (5) and shuttle (1) parts of a through are a semiconductor tube cut apart parallel to its longitudinal axis.

2. Arrangement according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h ne t that the holder (5) is placed with its curvature down on the shuttle (1) and that the curvature is perpendicular to the.

Longitudinal axis of the shuttle lies.

3. Arrangement according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i ne t that the holder (5) is placed with its curvature upwards on the shuttle (1) are and that the curvature is at right angles to the longitudinal axis of the boat.

4. Arrangement according to one of claims 1 to 3, d a -d u r c h g e it is not indicated that the semiconductor wafers (11) are each passed through guide slots (6) two holders (5) lying one on top of the other as seen in the longitudinal direction of the shuttle (1) are held.

5. Arrangement according to one of claims 1 to 4, d a -d u r G h g e It is not noted that the holders have grooves (7) on the underside into which the side walls (4) of the shuttle (1) fit.

6. Arrangement according to one of claims 1 to 5, d a -d u r c h g e do not indicate that the width of the guide grooves (3) and guide slots (6) is not greater than 1.5 times the thickness of the semiconductor wafers (11).