DE2453509A1

DE2453509A1 - Verfahren zur behandlung einer anzahl scheiben in einem reaktiven gasstrom, insbesondere zur herstellung von halbleiteranordnungen

Info

Publication number: DE2453509A1
Application number: DE19742453509
Authority: DE
Inventors: Johannes Meuleman
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1973-11-15
Filing date: 1974-11-12
Publication date: 1975-05-22
Also published as: DE2453509C2; JPS5081677A; JPS5424817B2; GB1491255A; FR2251370B1; FR2251370A1

Description

PPIiN. 7363.

Va/EVH.

GÜNTHER M. DAVfD ο / c *} K η α ⁶·

Pol:-n1asci:cor Z^0J0U3

Anmelder: N.V. [HiLiPS' GLQ-L:iLAΓνΐPtNFABRIEKEΛί
Akte: PHN- 7363

Anmeldung vom» 11 · NOV, 19T4

Verfahren zur Behandlung einer Anzahl Scheiben ±n einem reaktiven Gasstrom, insbesondere zur Herstellung von Ilalbleit eranordnungen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Behandlung .einer Anzahl Scheiben in einem reaktiven Gasstrom, bei dem diese Scheiben innerhalb eines Reaktors in einer Reihe parallel zueinander mit Zwischenräumen, etwa entsprechend den Zahnen eines Kammes angeordnet werden, wonach das reaktive Gas in Richtung der Reihe zugeführt wird:, wobei der zugeführte Gasstrom wesentlich von einer Seite der Reihe her über die Zwischenräume zwischen aufeinanderfolgenden Scheiben: verteilt wird, welche Zwischenräume einander ungefähr gleich sind. Die Erfindung bezieitt

5Ö9821/09 5 0

BAD ORIGINAL

.7363. 6.11,7^.

sich weiterhin auf ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiteranordnungeii, bei dem Seheiben» die im wesentlichen aus einkristallinem Material bestehen,, in einem reaktiven Gasstrom behandelt werden,· und auf Halbleiteranordnungen, die durch dieses Verfahren: hergestellt sind.

Unter dem Ausdruck "entsprechend den. Zähnen eines Kanin es- angeordnet" in besug auf die Scheiben ist hier zu verstehen, dass die Scheiben derart angeordnet sind, dass ihre Hauptflächen au der Richtung der Reihe etwa senkrecht sind oder in bezug auf diese Richtung mehr geneigte Lagen einnehmen. Die voTgenannte Positionierung der Scheiben für die obigen Verfahren ist in der USA-Patentschrift 3 678 893 beschrieben. K'ach der genannten USA-Patentschrift werden die Scheiben auf einem gemeinsamen longitudinalen Träger angebracht, der die Form eines offenen Gestells aufweist. Die verwendeten Halbleiterscheiben nehmen etwas geneigte Lagen ein, wobei ein Gas, das eine in die Halbleiterscheiben einzudiffundierende Verunreinigung mit sieh führt, durch die Zwischenräume fliesst. Zu diesem Zweck wird das Gesteil mit der Reihe von Scheiben longitudinal innerhalb eines Reaktionsrohres angeordnet. Das reaktive Gas wird an einem Ende des Rohres eingelassen und den Halbleiterscheiben aus einem Speisestrom zugeführt, der unter dem Gestell mit der Reihe von Scheiben fliesst. Von diesem

509821/0950

BAD ORIGINAL

FPKW.7363» 6.11.7*1.

longitudinalen Gasstrom her wird das Gas über die Zwischenräume verteilt.

Es- wurde aber gefunden, dass bei der Behänd 1-ung von Halbleiterscheiben mit einem solchen reaktiven Gasauf die obenbeschriebone Weise die Scheiben nach dieser Behandlung Unterschiede aufweisen können. Weiter wurde gefunden, dass diese Unterschiede umso grosser sind, desto grosser die Unterschiede' der Seriennuinrnern zweier miteinander verglichenen Scheiben in der Reihe sind, Wenn, statt eine Verunreinigung auf bekannte Weise in Halbleiterscheiben einzudiffundieren, die obenbeschriebene Gasbehandlung zur epitaktischen Ablagerung von cinkristallinem Halbleitermaterial auf einem einkristallinen Substrat verwendet wird, sind diese Unterschiede, z,B. in bezug auf die Dicke der abgelagerten epitaktisclieri Schichten, noch grosser. Die vorliegende Erfindung bezweckt, ein Verfahren zur Behandlung von Scheiben in einem reaktiven •Gas der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei dem solche Unterschiede herabgesetzt oder vernachlässigbar klein werden. Die bei den bekannten Verfahren auftretenden Unterschiede können darauf zurückzuführen sein, dass der Zufuhrstrom, wenn er längs der Reihe von Scheiben fliesst, infolge der Abzweigung von Strömen in den Zwischenräumen abnehmen wird, so dass der Gaedebit an die Scheiben am Anfang der Reihe, von der Seite des

509821/0950 ■

BAD ORIGINAL

FPHN. 7363.

Eintritts des Gasstroms her gerechnet, grosser als der Gasdebit an die weiter in der Reihe liegenden Scheiben sein wird. Daher bezweckt die Erfindung auch, den Gasdebit an die verschiedenen Scheiben gleichmässiger zu machen. Nach einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Behandlung von Scheiben in einem reaktiven Gasstrom, bei dem diese Scheiben innerhalb eines Reaktors in einer Reihe-parallel zueinander mit Zwischenräumen, etwa entsprechend den Zähnen eines Kammes, angeordnet werden, wonach das reaktive Gas in der Richtung der Reihe zugeführt wird, wobei der Gasstrom wesentlich von einer Seite der Reihe her über die Zwischenräume zwischen aufeinanderfolgenden Scheiben verteilt wird, welche Zwischenräume einander ungefähr gleicli sind, dadux'ch gekennzeichnet, dass das zugeführte Gas über die Zwischen« räume mit Hilfe einer mit Oeffnungen versehenen ¥and verteilt wird, die an der genannten einen Seite der Reihe von Scheiben angeordnet ist, wobei die Oeffnungen in dieser Wand zum Durchlassen des zugeführten Gases dienen, und die gesamte Querschnittsflache der genannten Oeffnungen pro Längeneinheit in Richtung des Gasstromes in dieser Richtung zunimmt.

Die Richtung der genannten Reihe ist vorzugsweise etwa■waagerecht \rad die mit Oeffnungen versehene Wand wird dann unter den Scheiben angeordnet, Ausserdem nimmt

509821/0950

BAD ORIGINAL

FPHN.7363.

die genannte gesamte Querschnitt3fläche pro Längeneinheit der Oe.-frntTO.gen in der genannten Vand nahezu linear in Riehtuiig des' Gasstromes zu,

Das genannte Verfahren kaim von besonderer Bedeutung sein in dem Falle, in dem die Scheiben nahezu kongruent sind. In diesem Falle werden die Scheiben vorzugsweise in der Reihe mit .nahe au gleichen Orientationen angeordnet« Gomäss einer bevorzugten Ausführung, bei der den Scheiben eine nahezu rechteckige Form gegeben wird, werden diese Scheiben, je mit einer ähnlich orientierten Seite des Rechtecks an der der mit Oeffnungen versehenen ¥and avn nächsten liegenden Seite der Reihe liegt, angeordnet, derart, dass die genannten axif gleiche Weise orientiex'ten Seiten, in einer gemeinsamen zu der mit Oeffaungen versehenen Wand naheau parallelen Sbsue liegen. In diesem Falle weisen die Oeff mangen vorzugsweise die Form zueinander paralleler Schlitze auf, deren Längen wenigstens etwa gleich der Länge der genannten Rechteckseite jeder der.Scheiben sind. In diesem Falle wird eine gleichrnässigere Verteilung des Gasstromes innerhalb jedes Zwischenraumes gewährleistet,

Das Verfahren nach dem ersten Aspekt der Erfindung kann im allgemeinen in jenen Fällen angewandt werden, in denen eine Anzahl Scheiben in einem rekativen Gasstrom behandelt werden muss. Das Verfahren, ist bei Halbleiter-

509821/0950

BAD ORIGINAL

vj. 7363. 6.11.lh.

techniken von besonderer Bedeutung, Daher ist nach einem zweiten Aspekt dev Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Halbleit'eranordmmgeri, bei dem Scheiben, die wenigstens im wesentlichen aus einkristallinem Material be~ stehen, in einem reaktiven Gasstrom behandelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass diese Behandlung entsprechend dem Verfahren nach dem ersten Aspekt der Erfindung durchgeführt wird. In diesem Falle sind die Scheiben vorzugsweise nahezu gleich orientiert.

Bei einer ersten bevorzugten Atis führung sforni können diese Scheiben freigelegtes Halbleitermaterial an einer Hauptfläche enthalten und kann ein in dem genannten reaktiven Gas vorhandenes Dotierungselement in das freigelegte Halbleiterraatericil während dieser Behandlung eindiffundiert werden.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird an einer Hauptfläche jeder Scheibe einkristallines Material über wenigstens einen Teil dieser Fläche freigelegt und wird Halbleitermaterial aus dem reaktiven Gasstrom epitaktisch auf dem genannten einkristallinen Material abgelagert.

Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine durch Anwendung eines Verfahrens nach dem zweiten Aspekt der Erfindung hergestellte Halbleiteranordnung.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der

509821/09SQ

BAD ORIGINAL

FPHN.7363. 6.Ii.7^.

Zeichnung näher erläutert, in der ein Teil einer -Einrichtung zur Behandlung von Scheiben mit cinoni reaktiven Ga.s nach der Erfindung dargestellt ist. IDs zeigen:

Pig» T schematisch im Längsschnitt den genannten Teil der Einrichtung, - und

Fig. 2 schemata.sch einen Querschnitt durch diese Einrichtung lüngs der Linie Λ-Λ der Fig. 1,

Scheiben 1, die mit reaktivem Gas behandelt werden ,«ollen, werden in einem Reaktorrohr 4 angeordnet, das aus einem geeigneten feuerfesten Material besteht. Die Figuren zweigen schematisch die Behandlung von Scheiben mit einer nahezu.rechteckigen Form, Ti ie in Fig. 2 dargestellt ist, kann-das Reaktorrohr k auch eine etwa rechteckige Form aufweisen. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, dass sich'die Ausdrücke "Rohr" und"rohrförmige" nicht auf kreisförmige Querschnitte beschränken. Das Reaktorrohr h ist annähernd waagerecht angeordnet. Es enthält zwei senkrechte Trennwände 5 und 6$ die sich an gegenüberliegenden Enden des eigentlichen Reaktorraumes befinden_e Die senkrechte'Trennwand 5 ist an der oberen "Wand des Reaktorrohres aufgehängt und erstreckt sich zwischen den beiden"Seitenwänden dieses Reaktorrohres. Sie lässt einen Durchgang 7» der als Gaseinlass dient, zwischen ihrer Unterseite und dem Boden des rohrförmigen Reaktors h frei, Die Trennwand 6 befindet sich auf dem Boden des

509821/0950
BAD ORIGINAL

FPHN.7363» 6.11.7^;ί.

ReaktorroiireS 4 und zwischen den Seitenwänden des Reaktorrohres. Sie läss.t einen Durchgang 8 zwischen dieser "Wand 6 und dev oberen Viand des roh.rforin5.gen Reaktors 4 frei_s welcher Durchsang 8 als Gasauslass dient. Eine mit Oeffnungen versehene Wand 3 ist nahem waagerecht in dem Reaktorrohr 4 angeordnet. In ihrer Breite erstreckt sie sich von einer Seitenwand des rohrförmigen Reaktors 4 zu der anderen Seitenwand dieses Reaktorrohres * In ihrer Länge erstreckt sie sich von dor Trennwand 5 zu der Trennwand 6. Die Iiand 3 weist Oeffnungen 9 in. Form von Schlitten auf, deren Längen zu der Längsrichtung des rohrförmigen Reaktors senkrecht sind. Ein Träger 2 für die zu behandelnden Scheiben besteht aus zwei Balken, die in der Längsrichtung des rohrförmigen Reaktors parallel zueinander angeordnet sind. Die. Oberseiten der Balken sind mit Aussparungen zur Positionierung der Schoiben in vorstehender Lage versehen. Die Abstände zwischen aufeinanderfolgenden Aussparungen sind fur beide Balken einander überall gleich. In dem vorliegenden Falle sind die Mittelabstände zwischen den aufeinanderfolgenden Aussparungen in den den Träger 2 bildenden Balken den Mittelabständen zwischen aufeinanderfolgenden Oeffnungen 9 in. der Vand 3 gleich. Die Scheiben 1 annähernd rechteckiger Form sind in den Aussparungen.auf dem TrSger 2 in einer gleichen etwas geneigten Lage etwa parallel zueinander angeordnet,

509821/0950

BAD ORiGlNAL

Fpmr.7363. 6.11.74.

Falls sie einkristallin.es Material, 25.B. einkristallines HaIbLeiterroaterial, .enthalten oder sogar im vesent lichen aus einem solchen Material bestehen, sind sie vorzugsweise auf gleiche ¥eise orientiert. Wenn der Hauptzweck ist, eine der Hauptflächen, jeder Scheibe zu behandeln, werden die Scheiben derart in die geneigten Lagen gesetzt, dass die Oberflächen 11 stärker als die gegenüberliegenden Flächen 10 nach unten gerichtet sind, wie in Fig. 1 darrgestellt ist. Auf diese Weise wird Verunreingung der Flächen 11 mit durch Schwerkraft herabfallenden Teilchen vermieden. Ausserdem sind die Neigungen der Scheiben 1 derartig, dass der untere Teil jeder Scheibe der Trennwand 5 etwas näher liegt als dor obere Teilν

Zur gleichmässigen Behandlung der Scheiben 1 mit einem, reaktiven Gas kann das Reaktorrohr 4 in einem. rohrförmigen Ofen angeordnet v/erden, derart, dass die Reihe von Scheiben auf eine nahezu gleiclmässige Temperatur erhitzt wird. Das reaktive Gas fliesst in dem eigentlichen Reaktorraum zwischen den Trennwänden 5 und von dem Einlass 7 ⁵⁵U dem Auslass 8. Der G as zufuhr strom für die Scheiben 1 fliesst von dem Einlass 7 in Richtung auf die Trennwand 6 in dem Teil des Raumes unter der mit Oeffnungen versehenen Wand 3. Dann wird dieser Gasstrom über die Oaffcungen 9 verteilt und passiert die Scheiben 1 über die versclaiedenen Zwischenräume zwischen

509821/0950

BAD ORIGINAL ·

PPHN.7263.

aufeinanderfolgenden Scheiben von der mit Oeffmmgen versehenen "Wand 3 zu dem Teil des Raumes zwischen den· Scheiben und' der oberen Wand des Reaktorrohres h. In dioser Weise werden die Scheiben 1 dem rekativen Gas ausgesetzt. Die Abgase fHessen in dem oberen Teil des Raumes zu dem Gasauslass 8.

Im vorliegenden Falle, in dem der Gaszufuhrstrom in dem unteren Teil des Reaktorraumes unterhalb der mit Oeffnungen versehenen Wand 3 von dem Einlass 7 au der Trennwand 6 fliesst, nimmt der Gaszufuhrstrom jeweils ab, wenn ein Teil des Gasstroms durch die aufeinanderfolgenden .Oeffnungen 9 abgezweigt wird. Die Gasströmung pro Oberf',!eicheneinheit jeder der Oeffnungen 9 hängt von der Gasströmung, innerhalb des unteren Teiles des Roaktorraumes an der Stelle dieser Oeffnung ab. Bei gleichmLissiger Abnahme des letzteren Gasstromes von dem Einlass 7 ^zu· der Trennwand 6 nimmt attch der Geis strom pro Oberflächeninhalt durch die Oeffnungen 9 in dieser Richtung ab. Falls die Oeffnungen 9 die gleiche Querschnitt sfl'iche aufweisen würden, würde der Gasstrom entlang der Scheiben von der Trennwand 5 zu der Trennwand 6 zunehmen. Dies bedeutet, dass die Menge an reaktiven Bestandteilen, wie Dotiorungsmaterialien oder Bestandteilen für abzulagerndes Material, die pro Zeiteinheit über jede Scheibe streift, auch, in dieser

509821/09 5 0

BAD ORiGiNAL

FI¹IIrI. 7363-

Richtung abnehmen würde. Die behandelten Scheiben könnt on iia diesem Falle Unterschiede aufweisen.

Nach dem Prinzip der vorliegenden Erfindung werden, für die Querschnitte der Schlitze 9 ij-i der ¥and 3 Grossen gewählt, die von dem Einlass 7 ^7Λί <3er Trennwand 6 zunehmen. In dieser Weise ist es möglich, den Ge.szufuhrstrom über die Schlitze 9 derart zn. verteilen, dass eine gleiche Gasströmung jeden Zwischenraum zwischen aufeinanderfolgendeu Scheiben durchfliesst.

Der in dem vorgenannten Ree.ktor durchgeführte Vorgang, der an Hand der Zeichnung beschrieben wird, kann darin bestehen, dass eine Dotierungsvermireinigunc in eine Anzahl Scheiben eindiffundiert wird, die im wesentlichen aus Halbleitermaterial bestehen und an e5_.uer deren Hauptflächen das Halbleitermaterial z.B, nur örtlich durch Anwendung .einer mit einem Muster versehenen '. . Diffusionsmasice freigelegt wird, wie aus dem Stand der Technik bekannt ist.

Weiter wurde gefunden, dass günstige Ergebnisse auch mit dem obenbeschriebenen Reaktor erzielt werden können, wenn epitaktisch Halbleitermaterial auf einem einkristallinen, z.B» auch aus Halbleitermaterial bestehenden Substrat abgelagert wird, Wie bekannt, werden bei epitaktischen Ablagerungsvorgängen die Scheiben meistens derart angeordnet, dass die Hauptflochen,die der

509821/0950
BAD ORIGINAL

FPlIN. 7363. 6.11.7^.

Oberfläche auf der die Ablagerung stattfinden soll, gegenüber liegen, auf einer flachen. Trägeroberfläche · ruhon. Mit d^-cm Verfahren nach der vorliegenden Erfindung werden z.B. günstige Ergebnisse erhielt, wenn epitaktische Schichten aus Galliumarsenid oder Calliuraarsenidphosphid gleichraässiger Dicke auf einer Anzahl aus einkristallin.em Galliumarsenid bestehender Scheiben ab.gelagert werden, Die Breiten der Schlitze 9 können von dem Fachmann leicht durch Berechnung passend gewählt werden. Auch der Querschnitt des Teiles des Raumes unter der mit Oeffnrmgen versehenen Wand 3 muss berücksichtigt werden, gleich wie etwaige andere Parameter, derart, dass der Gesamtströmungswiderstand für einen Strom durch jeden Zwischenraum von dem Einlass zu dem Auslass nahezu konstant sein wird.

In der Praxis können mit linear zunehmenden Breiten der Schlitze einerseits eine vereinfachte Konstruktion der mit Oeffnungen versehenen Wand und andererseits akzeptable Ergebnisse erhalten werden.

Obgleich nur ein einziger Reaktor schematisch an Hand der Zeichnung beschrieben ist und nur einige Anwendungen ausdrücklich erwähnt sind, wird es dem Fachmann klar sein, dass im Rahmen der Erfindung vielerlei sich nicht auf die Halbleitertechnologie beschränkende Anwendungen und verschiedene Formen der mit Ooffnungen versehenen Wand möglich sind,

509821/0950

BAD ORIGINAL

Claims

FPKN.7363. 6.11.7<Ί β

PATEHTANSPIHJBCHID:

1 , Verfahren zur Behandlung einer Anzahl Scheiben in einem reaktiven Gasstrom, bei dein diese Scheiben innerhalb eines Reaktors in einer Reihe parallel zueinander mit Zwischenräumen, etwa entsprechend den Z&hnen eines IvaniTies,, angeordnet werden, wonach das reaktiv© Gas in der .Richtung der Reihe zugeführt wird, wobei der Gasstrom wesentlich von einer Seite her über die Zwischenräume zwischen aufeinanderfolgenden Scheiben verteilt wird, welche Zwischenräumeeinander ungefähr gleich sind, dadurch gekennzeichnet, dass das zugeführte Gas über die Zwischenräume mit Hilfe einer mit Oeff mangen versehenen ¥and verteilt wird, die an der genannteil einen Seite der Reihe von Scheiben angeordnet ist, wobei die Oeffnungen in dieser Vand zum Durchlassen des augeführton Gases dienen und die gesamte Querschnittsfläche der genannten Oeffnungen pro Längeneinheit in der Richtung des Gaszufuhrstronis in dieser Richtung zunimmt.

2, Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Richtung der genannten Reihe nahezu waagerecht ist, dadurch gekeimzeichnet, dass die mit Oeffnungen versehene Vand unter dex¹ Reihe von Scheiben angebracht ist, 3« Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadtirch gekennzeichnet, dass die genannte Querschnittsflache pro Längeneinheit nahezu linear in der Eichttmg dos Gaszufuhrstroiiies zunimmt „

509821/095Ö
BAD ORIGINAL

FPHN.7363. 6.11.lh.

K, Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheiben nahezu kongruent sind und in der Reihe mit nahezu gleichen Orient at ionen ange οrdri.e t v;erd en«,

5» Verfahren nach Anspruch ^l , dadurch gekennzeichnet, dass die Scheiben, derkä. je eine etwa rechteckige Gestalt gegeben wird, je mit einer ähnlich orientierten Seite des Rechteoka an der der mit Oeffnungeri versehenen "ivciiid am nächsten liegenden Seite der Reihe angeordnet werden, derart, dass die genannten auf gleiche Weise orientierten Seiten in einer gemeinsamen zu der mit Oeffnungen versehenen Wand nahezu parallelen Ebene liegen,

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Oeffnungen die Forin zueinander paralleler Schlitze aufweisen, deren LUngen wenigstens etwa gleich der Länge der gsnaimten Rechteckseite jeder der Scheiben sind, 7» VerfahrGii zur Herstellung von Halbleiteranordnungen, bei dem Scheiben, die im wesentlichen εαιε einkristallinem Material bestehen, in einem Reaktionsgasstrom gemäsß dem Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche behandelt werden, 8» Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, dass die Scheiben nahezu eoif gleiche Weise orientiert sind „

509821/0 9 50
BAD ORIGINAL

PPTiN. 7363. .6.11.7¹I-.

Q₀ Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei die genannten Scheiben freigelegtes Halbleitermaterial an einer Ha/uptf laOhe enthalten, dadurch gekennzeichnet, dass während der genannten Behandlung ein in dem .ge~ nannten reaktiven Gas vorhandenes Dotierungselement in das genannte freigelegte Halbleitermaterial eindiffundiert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch ge~ kennzeichnet, dass an einer Hauptflache jeder Scheibe einkristallines Material über wenigstens einen Teil, dieser Fläche freigelegt und Halbleitermaterial aus dem reaktiven Gasstrom epitaktisch auf dem genannten einkristallinen Material abgelagert wird,

11, Halbleiteranordnung; die durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10 hergestellt ist.

509821/0950
BAD ORIGINAL

Leerseite