DE2357355C3 - Vorrichtung zum Eindiffundieren von Dotierungsstoffen - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Eindiffundieren von Dotierungsstoffen in Halbleiterscheiben im strömenden Gas mit einem JO beheizbaren Diffusionsrohr, in dem die Scheiben in einem Halter nebeneinander parallel zu seiner Längsachse angeordnet sind, und mit einer mit dem Inneren des Diffusionsrohres verbundenen Dotierstoffquelle.

Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise in der Offenlegungsschrift 22 01 142 beschrieben worden. Diese Vorrichtung weist im wesentlichen einen Halter für die Halbleiterscheiben auf, in dem die Scheiben parallel zur Längsachse des Diffusionsrohres nebeneinander in gleichen Abständen angeordnet sind. Aus Rationalisierungsgründen ist man bestrebt, möglichst viele Halbleiterscheiben in ein und demselben Diffusionsrohr zu diffundieren. Da die Länge der Diffusionsrohre und damit die Anzahl der hintereinander angeordneten Halbleiterscheiben nicht beliebig groß gewählt werden kann, läßt sich eine Erhöhung der Scheibenzahl nur durch dichtere Packung, d. h. durch kleineren Abstand der nebeneinanderstehenden Scheiben, erreichen. Wie Versuche ergeben haben, wird jedoch dann die Dotierstoffverteilung über die Oberflä- v> ehe der Scheiben stark inhomogen. Thyristoren, bei denen solche Halbleiterscheiben verwendet werden, weisen jedoch höchstens unbefriedigende Zündeigenschaften auf. Solche Scheiben sind daher insbesondere für Thyristoren nicht brauchbar. «

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art so weiterzubilden, daß einerseits für Thyristoren brauchbare Halbleiterscheiben gewonnen werden, daß jedoch andererseits eine gute Ausnutzung w) des Diffusionsrohres gewährleistet ist.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterscheiben paarweise nebeneinander angeordnet sind und daß der Abstand zwischen zwei nebeneinander angeordneten Scheibenpaaren um ein (,■> Mehrfaches größer ist als der Abstand zwischen zwei einander paarweise zugeordneten Halbleiterscheiben.

Der Abstand zwischen den Scheibenpaaren kann

zweckmäßigerweise das Zwei- bis Vierfache betragen. Günstige Ergebnisse lassen sich dann erzielen, wenn der Abstand zweier paarweise einander zugeordneter Scheiben etwa 2£ mm und der Abstand zwischen den Scheibenpaaren 5 — 7 mm beträgt

Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den F i g. 1 und 2 näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch ein Diffusionsrohr und

F i g. 2 den Querschnitt durch das Diffusionsrohr itach Fig. 1, bei dem die Erfindung deutlich zu erkennen ist

Die Anordnung nach F i g. 1 weist im wesentlichen ein Diffusionsrohr 1 auf, das beispielsweise aus Quarz besteht Es kann jedoch auch aus einem Halbleitermaterial, z. B. Silicium, hergestellt sein. Ein Ende des Diffcsionsrohres 1 ist im wesentlichen verschlossen, während das andere Ende offen und mit einem Stopfen 2 verschlossen ist Dieser Stopfen besteht beispielsweise aus Quarz oder gegebenenfalls auch aus Silicium. Im Stopfen 2 ist ein Einlaßrohr 3 vorgesehen, während das dem Stopfen 2 entgegengesetzte Ende des Rohres I mit einem Austrittsrohr 4 versehen ist Das Diffusionsrohr 1 ist von einer Heizwicklung 5 umgeben, die das Rohr entweder durch Hochfrequenz oder durch Strahlungswärme aufheizt Im Inneren des Diffusionsrohres 1 liegt ein Halter 6, der zu diffundierende Halbleiterscheiben 7 trägt Er weist dazu Schlitze 8 auf, die in ihrer Breite der Dicke der Halbleiterscheiben 7 angepaßt sind. Die Scheiben sind parallel zur Längsachse des Diffusionsrohres 1 angeordnet

Aus F i g. 2 ist zu erkennen, daß die Halbleiterscheiben 7 paarweise einander zugeordnet sind. Dabei ist der Abstand zwischen den Scheibenpaaren (b) um ein Mehrfaches größer als der Abstand (a) zwischen den einander paarweise zugeordneten Scheiben. Der Abstand b kann dabei etwa den zwei- bis vierfachen Wert des Abstandes a haben. Bei einem Innendurchmesser des Diffusionsrohres von beispielsweise 70 mm und einem Abstand a von etwa 2,5 mm kann der Abstand b zwischen 5 und 7 mm liegen. Damit wirJ einerseits eine gute Ausnutzung des Rohres erreicht und andererseits bewirkt, daß diejenigen Seiten der Halbleiterscheiben 7, die sich im Abstand b gegenüberstehen, eine gute Homogenität der Dotierstoffverteilung aufweisen. Diese Seite eignet sich dann bestens zum Herstellen der Kathodenzone. Die Dotierstoffverteilung auf den anderen Seiten, die sich im Abstand a einander gegenüberstehen, ist bei Thyristoren unwichtig, da die dotierte Schicht auf dieser Seite entweder entfernt oder eine Diffusion durch Maskieren überhaupt verhindert wird. Von der Gleichmäßigkeit der Emitterzone hängt im wesentlichen ein einwandfreies Zündverhalten des Thyristors ab.

Die Anordnung eignet sich zum Eindiffundieren von Dotierungsstoffen im strömenden Gas, z. B. für die Dotierung mit Phosphor. Dazu wird das Diffusionsrohr 1 über das Eintrittsrohr 3 mit einer nicht gezeigten Phosphorquelle verbunden, die beispielsweise Phosphoroxitrichlorid (POCLj) enthält Zunächst werden die Halbleiterscheiben mittels eines Sauerstoff enthaltenden Stickstoffstroms oxydiert, wobei sich auf der Oberfläche der Halbleiterscheiben 7 Siliciumdioxid (S1O2) bildet. Gleichzeitig wird ein Stickstoffstrom über das Phosphoroxitrichlorid geleitet. Der Stickstoffstrom belädt sich mit dem Phosphoroxitrichlorid, das auf der aus einer dünnen Siliciumoxidschicht bestehenden Oberfläche der Halbleiterscheiben 7 zusammen mit dem

Sauerstoff zu Phospborpentoxid (P2O5) umgesetzt wird. Dieses »Belegen« mit der Phosphorverbindung kann beispielsweise bei It 50° C für eine Dauer von 1,5 Stunden durchgeführt werden. Anschließend erfolgt die eigentliche Diffusion, bei der Phosphor aus dem Phosphorpentoxid in das Innere der Halbleiterscheiben diffundiert Nach etwa acht Stunden ist eine Randkonzentration von einigen 10¹⁸Cm-³ bis 10^|9cm-³ erreicht. Die Diffusion wird dann beendet Die stark n-dotierende Phosphorschicht bildet nunmehr den n-Emitter derThyrwtortablette.

Mit der oben genannten Anordnung läßt sich eine weitgehend homogene Verteilung des Dotierstoffes auf der einen Seite der Halbleiterscheiben 7 erreichen. Eine Messung der Oberflächenleitfähigkeit nach der Vier-Sonden-Methode ergab beispielsweise für Halbleiterscheiben, deren Abstand 2,5 mm betrug, einen Randwert von 1,3 V bei einem Strom von 5 mA und einen Wert in

·> der Mitte von 1,55 V bei dem gleichen Strom. Bei einem Abstand zur nächsten Scheibe von 7,5 mm ergaben sich zwar insgesamt etwas niedrigere, jedoch wesentlich gleichmäßigere Werte. So wurden unter den gleichen Bedingungen am Rand eine Spannung von 1,26 und in der Mitte eine Spannung von 132 V gemessen.

Obwohl die Erfindung in Verbindung mit einer Phosphordiffusion beschrieben wurde, ist sie für alle Trägergasdiffusionen, also z. B. auch mit Gallium oder Bor, brauchbar.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Eindiffundieren von Dotierungsstoffen in Halbleiterscheiben im strömenden Gas mit einem beheizbaren Diffusionsrohr, in dem die Scheiben nebeneinander in einem Halter parallel zu seiner Längsachse angeordnet sind, und mit einer mit dem Inneren des Diffusionsrohres verbundenen Dotierstoffquelle, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterscheiben (7) paarweise nebeneinander angeordnet sind und daß der Abstand zwischen zwei nebeneinander angeordneten Scheibenpaaren um ein Mehrfaches größer ist als der Abstand zwischen zwei einander paarweise zugeordneten Halbleiterscheiben.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Scheibenpaaren das Zwei- bis Vierfache beträgt

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zweier paarweise einander zugeordneter Scheiben etwa 2,5 mm und der abstand zwischen den Scheibenpaaren etwa 5 — 7 mm beträgt