DE2201142A1

DE2201142A1 - Anordnung zum eindiffundieren von dotierstoffen in halbleiterscheiben

Info

Publication number: DE2201142A1
Application number: DE19722201142
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl-Chem Dr Dietze
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1972-01-11
Filing date: 1972-01-11
Publication date: 1973-07-19

Description

Anordnung zum Eindiffundieren von Do-tierstoffen 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 Bodenplatte, die an der Oberseite mit Fuhrungsnuten versehen ist, in denen die Halbleiterscheiben stehen.
Eine solche Anordnung ist bereits beschrieben. Die Bodenplatte wlst eine Vielzelll von parallelen Führungsnuten auf, in die die zu diffundierenden Halbleiterscheiben hineingesteckt werden. Die 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 einem Quarzbehälter untergebracht.
Die Diffusion von Halbleiterscheiben wird bekanntlich bei hohen Temperaturen durchgeführt. Bei flaibleiterscheiben aus Silicium liegen die Temperaturen etwa zwischen 1050 und 12500C.
In diesem Temperaturbereich sind die Halbleiterscheiben plastisch verformbar. Solche plastischen Verformungen führen zu Störungen im Kristallgitter, die sich auf die elektrischen Eigenschaften eines Halbleiterbaueiementes nachteiligauswirken. 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 Störungen, z. B. Gleiturigen, 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 Teil der Wandung, eines aus Halbleitermaterial bestehenden Rohres ist und daß die der Bodenplatte gegenüberliegende Seite der Wandung als ebene Deckplatte ausgebildet und mit Fuhrungeschlitzen versehen ist, deren länge größer als der Abstand zwischen dem Boden der Führungsnuten und den FUhrungsschlitzen ist.
Die Breite der Führungsnuten und der Führungsschlitze kann kleiner als das 1,5fache der Halbleiterscheiben sein. Führungsnuten und Führungaschlitze liegen zweckmäßigereise parallel zur Längsachse des Rohres. Die Tiefe der Fu'hrungsnuten ist zweckmäßigerweise nicht größer als 5 des Durchmessers der Halbleiterscheiben. Die Führungsgchlitze umfassen zweckmäßigerweise einen Randbereich der Halbleiterscheiben, der nicht mehr als 5 des Durchmessers der Halbleiterscheiben beträgt.
Der Vorteil einer solchen Anordnung gegenüber einer Anordnung aus Quarz besteht darin, daß das Rohr aus sehr reinen Halbleitermaterial hergestellt werden kann, während im Quarz immer Verunreinigungen enthalten sind, die beim Diffusionsvorgang in die Halbleiterscheiben eindringen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß eine Widerverwendung des Rohres aus Halbleitermaterial praktisch beliebig oft möglich ist, während Quarz bei Diffusionstemperatur im Laufe der Zeit kristallisiert und leicht Quarzstaub bildet. Außerdem vertragen Rohre aus Halbleitermaterial höhere Temperaturen als Quarzrohre, ohne sich zu verformen. Ein anderer Vorteil besteht darin, daß die zu diffundierenden Halbleiterscheiben fast allseitig vom Rohr umgeben sind, wobei di Wände des Rohres für eine gleichmäßige Aufheizung aller Halbleiterscheiben sorgen.
Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Figuren 1 und 2 näher erläutert.
Es zeigen: Figur 1 die perspektiviesche Ansicht der Anordnung gemäß der Erfindung und Figur 2 einen Längsschnitt durch diese in einem Diffusionsofen untergebrachte Anordnung.
In Figur 1 ist ein aus Halbleitermaterial bestehendes Rohr mit 1 bezeichnet. Ein Teil der Rohrwandung wird durch eine Bodenplatte 2-gebildet, die mit RAhrungsnuten 3 versehen ist. Die der Bodenplatte 2 gegenüberliegende Seite der Wandung des Rohres 1 ist eben ausgebildet und dient als Deckplatte, die. mit 4 bezeichnet ist. Die Deckplatte 4 weist mehrere Gruppen von einander parallelen Führungsschlitzen 5 auf. Im Rohr 1 sind Halbleiterscheiben 9 angeoranet, die durch die Führungsschlitze 5 hindurchgesteckt werden. Die Halbleiterscheiben 9 sitzen an der Unterseite in den Führungsnuten 3. Die Länge der Schlitze 5 ist so gewählt, daß die Halbleitrscheiben 9 hindurchgesteckt werden können, ihre Länge muß daher etwas größer als der Durchmesser der Halbleiterscheiben sein. Ber Abstand zwischen dem Boden der Führungsnuten 3 und den Führungsschlitzen 5 ist etwas kleiner als der Durchmesser der Halbleiterscheiben, so daß die Halbleiterscheiben 9 oben durch die Führungsschlitze 5 gehalten werden.
Die Führungsschlitze 5 1iegen den Führungsnuten 3 so gegenüber, daß die Halbleiterscheiben senkrecht stehen, wenn die Deékplatte 4 und die Grundplatte 2 des Rohres 1 waagrecht liegen.
Zweckmäßigerweise wird die Breite der Führungsnuten 3 und der Führungsschlitze 5 nicht größer als das 1,Sfache der Scheibendicke gewählt. Damit ist sichergestellt, daß einerseits der durch das Rohr 1 hindurchgeleitete Dotierstoff Zutritt zum Scheibenrand hat, während andererseits die Neigung der Halbleiterscheiben zur Vertikalen vernachlässigbar gering bleibt. Dadurch ist ein Verbiegen der Halbleiterscheiben auf Grund ihres Gewichtes bei den bei der Diffusion angewandten hohen Temperatur ausgeschlossen.
Die Tiefe der Führungsnuten 3 ist nicht größer als 5% des Durchmessers der Halbleiterscheiben. Damit hat der Dotierstoff fast ungehindert Zutritt auch zum Rand der Halbleiterscheiben. Auch die Fuhrungsschlitze 5 umfassen die Halbleiterscheiben 9 zweckmäßigerweise nur in einem Bereich, der nicht größer als 5,0 des Scheibendurchmessers ist. Für Scheiben von z. B. 32,5 mm beträgt der Abstand vom Boden der Bührungsnuten 3 bis zur Innenseite der backplatte 4 z. B. 50 mm.
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, Silicumkarbid, einer AIIIBV oder einer AII-BVI-Verbindung bestehen.
Das Halbleiterrohr wird zweckmäßigerweise dadurch hergestellt, daß eine gasförmige Verbindung des Halbleitermaterials zusammen mit Wasserstoff über eine erhitzten Trägerkörper, geleitet wird, dessen Außenfläche entsprechend der Innenfläche des Rohres 1 geformt und an einer Flachseite mit Nuten versehen ist.
Zum Herstellen eines Siliciumrohrcs wird ein Gemisch aus Silicochloroform SiHCl3 und \{asserstoff H2 huber einen z. B. aus Graphit bestehenden Trägerkörper geleitet, der auf eine Temperatur von etwa 1100 - 1200°C aufgeheizt ist. Bei einem Molverhältnis von z. 3. 1:0,15 Wasserstoff zu Silicochloroform 2 ergibt sich bei einem Durchsatz von 5 1 Gasgemisch pro cm Abscheidungsoberfläche damit eine Abscheidungsrate von etwa 0,1 g Si/cm2 h. Zur Erzielung einer Jurdstirke von z. 3. 2 mm ist eine 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 aus dem Rohr herausgezogen oder mit Luft herausgebrannt werden kann. Dieses Rohr weist auf einer flachen Innenseite Nuten auf. Die den Nuten gegenüberliegenden FUhrungsschlitze werden z. B. durch wägen hergestellt.
Soll das Rohr aus Germanium hergestellt werden, so verwendet man z. B. Germaniumtetrachlorid GeC14 und Wasserstoff H2.
Soll ein aus Siliciumkarbid bestehendes Rohr hergestellt werden, so wird als gasförmige Verbindung Trichlormethylsilan CHDSiC13 mit Wasserstoff verwendt. Soll das Rohr z. B. aus Bornitrid bestehen, wird z. B. Hexachlorborazol B3N3Cl6 mit Wasserstoff verwendet.
In Figur 2 sind für gleiche Teile wie in Figur 1 gleiche Bezugszeichen verwendet. Das Rohr 1 ist in einem als Diffusionsofen dienenden Behälter 11 untergebracht, der an den Enden mit Kegelschliffen 12 und 13 versehen ist. Der Behälter 11 kann s. 3. aus Quarz oder auch aus, Halbleitermaterial bestehen.
In die Xegelschliffe 12 und 13 sind Stopfen 14 bzw, 15 hineingepreßt. 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 ungeben, die über Anschlüsse 19 und 20 an eine nicht gezeigte Spannungsquelle angeschlossen ist. Die Wicklung 18 kann als Strahlungsheizer oder auch als Hochfrequenzwicklung e4usgebildet sin. Ist sie als Hochfrequenzwicklung ausgebildet, so wird das Rohr 1 induktiv erhitzt. Die Halbleiterscheiben 9 werden dann durch von Rohr 1 abgegebene Strahlungswärme langsam und gleichmaßig au<geheizt. Das Halbleiterrohr kann auch durch direkten Stromaurchgang aufgeheizt werden.
Die Dotierungssubstanz wird durch das Einlaßrohr 16 in Gasform evtl. fliit einem inerten Tragergas eingeblasen. Da die Scheiben parallel zur Gas strömung liegen, hat der Dotierstoff ungehinderten Zutritt zur Oberfläche der Halbleiterscheiben.
Die beschriebene Anordnung 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 an Stelle des gasförmigen Dotierstoffes trockener Sauerstoff in den Behälter 11 eingeblasen.
Die eingangs für die Diffusion erwänten Vorteile gegenüber einer Anordnung aus Quarz gelten auch für die Oxydation von Halbleiterscheiben.
4 Patentansprüche 2 Figuren

Claims

Patent ansrU c he 1.) Anordnung zum Eindiffundieren von Dotierstoffen in Haibleiterscheiben mit einem Rohr und einer im Rohr angeordneten, aus Halbleitermaterial bestehenden Bodenplatte, die an der Oberseite mit Führungsnuten versehen ist, in denen die-Halbleiterscheiben stehen, 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 bestehenden Rohres (1) ist und daß die der Bodenplatte (2) gegenüberliegende Seite der Wandung als ebene Deckplatte (4) ausgebildet und mit Pühsungsschlitzen (5) versehen ist, deren Länge größer als der Abstand zwischen dem Boden der Führungsnuten (3) und den Führungsschlitzen (5) ist.
2.) Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c hn e t , daß die Breite der Führungsnuten und Führungsschlitze kleiner als das 1,5fache der Halbleiterscheiben (9) ist.
3.) Anordnung nach Anspruch t, d a d u r c h, g e k e n n z e i c h n e tt , daß die Führungsnuten und Führungsschlitze parallel zur Längsachse des Rohres (1) liegen.
4.) Anordnung nach aspruch 1, 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 Führungsnuten (3) nicht größer als 5 des Durchmessers der Halbleiterscheiben (9) ist, und daß die Führungsschlitze (5) die Halbleiterscheiben (9) lediglich in einem Randbereich umfassen, der nicht größer als 5% des Durchmessers der Halbleiterscheiben (9) beträgt.

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