DE2340225A1 - Verfahren zum herstellen von aus halbleitermaterial bestehenden, direkt beheizbaren hohlkoerpern - Google Patents

Verfahren zum herstellen von aus halbleitermaterial bestehenden, direkt beheizbaren hohlkoerpern

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DE2340225A1 DE19732340225 DE2340225A DE2340225A1 DE 2340225 A1 DE2340225 A1 DE 2340225A1 DE 19732340225 DE19732340225 DE 19732340225 DE 2340225 A DE2340225 A DE 2340225A DE 2340225 A1 DE2340225 A1 DE 2340225A1
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Description

Verfahren zum Herstellen von aus Halbleitermaterial bestehenden, direkt beheizbaren Hohlkörpern
Die vorliegende Patentanmeldung betrifft ein Verfahren zum
Herstellen von aus Halbleitermaterial bestehenden, direkt beheizbaren Hohlkörpern, insbesondere von aus Silicium oder Siliciumcarbid bestehenden Rohren, durch Abscheiden von Halbleitermaterial aus der Gasphase auf der Oberfläche eines erhitzten Trägerkörpers und anschließendes Entfernen des Trägerkörpers»
Zum Eindiffundieren von Dotierungsstoffen in Halbleiterkristalle werden Quarzrohre oder Quarzampullen verwendet, welche in einem Rohrofen auf die Diffusionstemperatur erhitzt werden. Bei der Verwendung von Quarzrohren oder -ampullen ergibt
sich - ebenso wie bei der Verwendung eines Graphitrohres für
Diffusionsprozesse - das Problem, daß die Halbleiterkristallscheiben nicht mit dem Quarz in Berührung kommen dürfen.
Außerdem haben Quarzrohre den lachteil, daß die Diffusionstemperatur auf etwa 1200 °0 beschränkt ist, denn bei dieser Temperatur wird Quarz bereits weich. Des weiteren erfordert die
Verwendung von Quarzrohren für Diffusionszwecke besondere Diffusionsofen, da Quarz weder durch eine direkte Beheizung noch durch Induktion aufgeheizt werden kann.
Aus der deutschen Patentschrift 1 805 970 ist bekannt, statt
eines Quarz- oder Graphitrohres ein heizbares Rohr aus Halbleitermaterial für die Diffusion zu verwenden. Bei der Her-
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stellung dieses Rohres wird das Abscheideverfahren verwendet, wobei Halbleitermaterial aus einer gasförmigen Halbleiterverbindung auf der Außenfläche eines Trägerkörpers, zum Beispiel aus Graphit, niedergeschlagen und der Trägerkörper ohne Zerstörung der Halbleitermaterialschicht entfernt wird. "Ein solches Rohr hat die Eigenschaft, daß es höhere Temperaturen verträgt als etwa ein Rohr aus Quarz oder Graphit, wodurch sich der Diffusionsvorgang beschleunigen läßt. Außerdem darf das zu dotierende Material mit der Rohrwandung in Berührung kommen, ohne daß sich nachteilige Polgen ergeben. Das aus Halbleitermaterial bestehende Rohr wird als Diffusionsofen in der Y/eise verwendet, daß es an seinen beiden Enden mit Stopfen aus Halbleitermaterial verschlossen wird, in welche Gasdurchlässe eingebracht sind, durch die der gasförmige Dotierstoff mit einem Trägergas gemischt in das Innere des Rohres auf die dort befindlichen Halbleiterkristallscheiben geblasen wird. Das Halbleiterrohr ist mit einer Heizwicklung versehen, welche das Rohr durch Strahlungshitze auf die Diffusionstemperatur aufheizt. Die Wicklung kann jedoch auch mit Hochfrequenzenergie gespeist werden. Die Heizwicklungen haben aber eine begrenzte Lebensdauer und geben im Betrieb Schwexmetalle ab, die die Eigenschaften der zu dotierenden Halbleiterkristalle erheblich verschlechtern können.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift 1 933 128 ist eine Anordnung zum Eindiffundieren von Dotierungsstoffen in ein Halbleitermaterial bekannt, bei dem als Diffusionsbehälter ein Rohr aus kristallinem, gasdichtem Halbleitermaterial verwendet wird, welches durch Anlegen einer Spannung direkt oder mittels Hochfrequenzenergie beheizt werden kann. Das als Heizkörper dienende Rohr kann an seinen beiden Enden mit Elektroden versehen oder von einer Induktionsheizspule umgeben sein. Um bei
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Induktionsheizung ein Anheizen des Rohres zu erleichtern, wird auf dem Rohr ein Ring aus gut leitendem Material, zum Beispiel aus Graphit, aufgebracht. Wird das Rohr durch Anlegen einer Spannung direkt beheizt, so ist die Spannung zur Irreichung der für die !Diffusion notwendigen Temperatur außer von den Abmessungen des Rohres von der Leitfähigkeit des Halbleitermaterial abhängig. Es ist deshalb in der oben genannten Offenlegungsschrift vorgeschlagen worden, für das Diffusionsrohr relativ billig herzustellendes hochdotiertes Halbleitermaterial zu verwenden, damit die beim Einleiten des Anheizvorgangs nötige Spannung relativ gering sein-kann. Bei Erreichen einer bestimmten Aufheistemperatur wird die Leitfähigkeit des Rohres dann von der Dotierung des Halbleitermaterials unabhängig und ist im wesentlichen von den Abmessungen des Rohres abhängig.
Durch die Gasphasenabscheidung zur Herstellung eines Diffusionsrohres der eingangs erwähnten Art ist die Herstellung reinster und gasdichter Rohre aus Halbleitermaterial, insbesondere aus Silicium oder Siliciumcarbid, möglich geworden. Ein Aufheizen durch direkten Stromdurchgang ist bei diesen hochreinen Rohren nur bei entsprechender Vorheizung möglich. Bei Verwendung von dotiertem Halbleitermaterial kann - wie bereits in der deutschen Offenlegungsschrift 1 953 128 erwähnt die Yorheizung eingespart und das Diffusionsrohr direkt aufgeheizt werden. Allerdings tritt dabei der1 nachteilige Effekt auf, daß eine unerwünschte Reaktion von Rohrdotierung und Halbleiterbauelementkörper in Kauf genommen werden muß.
Die vorliegende Erfindung stellt sich nun die Aufgabe, einen in bezug auf Halbleitermaterial hochreinen Diffusionsbehälter herzustellen, der aber trotzdem geeignet ist, direkt beheizt zu werden.
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In der deutschen Patentanmeldung P 22 53 411.8 ist bereits vorgeschlagen worden, diese Aufgabe dadurch zu lösen, daß bei einem Verfahren zum Herstellen von aus Halbleitermaterial bestehenden Hohlkörpern durch Abscheiden von Halbleitermaterial aus der Gasphase auf der Oberfläche eines erhitzten Trägerkörpers mindestens zwei Schichten aus Halbleitermaterial aufgebracht werden, von denen die nach Entfernung des Trägerkörpers beim fertigen Hohlkörper aus Halbleitermaterial vorliegende äußerste Schicht mit einer Dotierung versehen ist, während die innerste Schicht aus hochreinem Halbleitermaterial besteht. Dabei muß aber darauf geachtet werden, daß nur solche Dotierungen verwendet werden, die sehr langsam diffundieren und somit beim eigentlichen Diffusionsprozeß nicht in das Rohrinnere gelangen können.
Die vorliegende Patentanmeldung beschreitet einen anderen Weg zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe und ist dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Abscheidung aus der Gasphase fertiggestellte Hohlkörper aus Halbleitermaterial in einem weiteren Yerfahrensschritt im Bereich der später anzubringenden, für die direkte Beheizung vorgesehenen Stromanschlüsse mit einer Dotierung versehen wird.
Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß im Gebiet der Stromanschlüsse die leitfähigkeit bei Zimmertemperatur höher ist als die Leitfähigkeit in der eigentlichen Heizzone im Bereich von HOO 0C. Dies hat zur Folge, daß beim Betrieb, also während der Diffusion, die Stromwärme in der Heizsone entsteht, während die Enden des Diffusionsbehälters kalt bleiben. Da der Diffusionsbehälter im Bereich der Heizzone aus hochreinem (undotiertem) Halbleitermaterial besteht, ist die Gefahr des Einschleppens von Verunreinigungen während des Diffusionsprozesses völlig ausgeschlossen.
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In einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, die Dotierung mittels eines phosphorhaltigen, sich ohne Rückstand verflüchtigenden lackes aufzubringen und dann den Dotierungsstoff in den Hohlkörper einzudiffundieren. Dabei wird zweckmäßigerweise ein Lack auf Cellulosebasis verwendet.
Es liegt im Eahmen der Erfindung, die Dotierung im Lack so einzustellen, daß im dotierten Bereich des Hohlkörpers eine Konzentration von größer als 10 Atome Phosphor/cm entsteht.
Gemäß einer Ausführungsform nach der Lehre der Erfindung werden als Stromanschlüsse Heizschellen aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung verwendet, welche vorzugsweise mit einem Graphitfilz unterlegt werden. Es empfiehlt sich, die Heizschellen mit einer Kühlung zu versehen, was entweder durch Anblasen mit Luft oder durch mit Leitungswasser durchflossene Kühlschlangen geschieht.
Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels und der in der Zeichnung befindlichen figur näher erläuterti
In der Figur ist mit dem Bezugszeichen 1 ein beidseitig offenes Siliciumrohr bezeichnet, welches an seiner Oberfläche im Bereich 2 aus hochreinem Silicium (undotiertem Silicium) besteht, während in den Oberflächenbereichen 3 und 4 das Siliciumrohr 1 hochdotiert ist. Der Bereich 2 dient bei der späteren Diffusion als Heizzone. Die hochdotierten Zonen 3 und 4 werden erzeugt durch Aufpinseln eines phosphordotierten Lackes und anschließendes Eindiffundieren des Phosphors in das Silicium. Beim Eindiffundieren (ca. 1350 0C über mehr als 24 Stunden) verflüchtigt sich der Lack und der Phosphor wird in einer Konzentration im Bereich von 10 Atome Phosphor/cm^ in das Siliciumgitter eingebaut. lach der Diffusion wird das SiIi-
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ciumrohr 1 an seinen beiden, die Dotierung aufweisenden Enden mit Stromanschlüssen in Form von Heizschellen 5 und 6 aus Aluminium versehen. .
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens können Siliciumrohre hergestellt werden, welche für Diffusionsprozesse in der Harbleitertechnik wegen ihrer hervorragenden Gasdichtigkeit und hohen Reinheit gut einsetzbar und direkt beheizbar sind.
9 Patentansprüche
1 Figur
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Claims (8)

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen von aus Halbleitermaterial "bestehenden, direkt beheizbaren Hohlkörpern, insbesondere von aus Silicium oder Siliciumcarbid bestehenden Rohren, durch Abscheiden von Halbleitermaterial aus der Gasphase auf der Oberfläche eines erhitzten Trägerkörpers und anschließendes Entfernen des Tragerkörpers, dadurch gekennzeichnet , daß der durch die Abscheidung aus der Gasphase fertiggestellte Hohlkörper aus Halbleitermaterial in einem weiteren Verfahrensschritt im Bereich der später anzubringenden, für die direkte Beheizung vorgesehenen Stromanschlüsse mit einer Dotierung versehen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Dotierung mittels eines phosphorhaltigen, sich ohne Rückstand verflüchtigenden Lackes aufgebracht wird und dann der Dotierstoff in den Hohlkörper eindiffundiert wird.
3» Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lack auf Cellulosebasis verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierung im Lack so eingestellt wird, daß eine Konzentration von größer als 10 Atome Phosphor/cm im dotierten Bereich entsteht.
5. Verfahren nach Anspruch 1-4» dadurch gekennzeichnet, daß als Stromanschlüsse Heizschellen aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung verwendet werden. ^
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6. Verfahren nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet , daß die Heizschellen mit einem Graphitfilz unterlegt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet , daß die Heizschellen mit einer Kühlung versehen werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlung durch Anblasen mit Luft oder durch mit Leitungswasser durchflossenen Kühlschlangen bewirkt wird.
9· Direkt beheizbares Siliciumrohr, hergestellt nach einem Verfahren nach Anspruch 1-8.
VPA 9/190/3015
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