DE2524616A1

DE2524616A1 - Semiconductor chip thermal treatment device - has movable store in form of vehicle with two roller like wheels

Info

Publication number: DE2524616A1
Application number: DE19752524616
Authority: DE
Inventors: Fritz Ing Gra Schneckenaichner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-06-03
Filing date: 1975-06-03
Publication date: 1976-12-23

Abstract

The device comprises a treatment vessel with a heater. A supply is for the treatment gas, and a store insertable into the vessel and loaded with the SC chips and made of a heat resistant insulating or SC material, inert w.r.t. the gas and SC chips. The store wheels are made of a heat resistant, inert inorganic insulating or SC material. The wheels have cylindrical axial projections placed in open bearings of the vehicle. The length of the wheels is at leas equal to the vertical distance between the sotre centre of gravity and the plane determined by contact points between the two wheels and the treatment vessel. The support components of the magazine are made of quartz, silicon, silicon carbide or aluminium oxide.

Description

Vorrichtung zum thermischen Behandeln von Halbleiterscheiben Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum thermischen Behandeln von Halbleiterscheiben mit einem Behandlungsgefäß, einer auf das Behandlungsgefäß einwirkenden Heizvorrichtung, einer Versorftung für ein in das Behandlungsgefäß einzubringendes Behandlungsgas und einem in das Behandlungsgefä einzfhrenden und mit den :4albleiterscheiben bestückten Magazin aus hitzebeständigem und gegen das Behandlungsgas sowie die Halbleiterscheiben inerten isolier-oder Halbleitermaterial.Device for the thermal treatment of semiconductor wafers The invention relates to a device for the thermal treatment of semiconductor wafers with a Treatment vessel, a heating device acting on the treatment vessel, a Supply for a treatment gas to be introduced into the treatment vessel and a magazine to be introduced into the treatment vessel and equipped with: 4 semiconductor disks made of heat-resistant and inert to the treatment gas and the semiconductor wafers insulating or semiconductor material.

Eine solche Vorrichtung ist vor allem zum Oxydieren der Oberfläche von Siliciumscheiben und zur Durchführung der für die Herstellung von Planartransistoren, Planardioden, IC, Mesatvans-;storen-und anceren Haibleiteranordnungen erforderlichen Dotierur,gspwozesse gedacht. Sie bestehen zumeist aus einem Quarzrohr als Behandlungsgefäß, das von einem das Quarzrohr umgebenden Rohrofen beheizt wird. In das sich auf Behandlungstemperatur befindliche Behandlugsgefäß werden die mit frischen Halbleiterscheiben bestückten Magazine eingeführt, dort der Einwirkung eines Behandlungsgases, insbesondere eines dotierenden oder oxydierenden Gases ausgesetzt, um nach einiger Zeit wieder aus dem Behandlungsgefäß ausgeschleust und durch mit frischen Scheiben beladene Magazine ersetzt zu werden.Such a device is primarily for oxidizing the surface of silicon wafers and for the implementation of the production of planar transistors, Planar diodes, IC, Mesatvans, storen and anceren semiconductor arrangements are required Dotierur, gspwozesse thought. They mostly consist of a quartz tube as a treatment vessel, which is heated by a tubular furnace surrounding the quartz tube. In that on treatment temperature The treatment vessels located are those equipped with fresh semiconductor wafers Magazine introduced, there the action of a treatment gas, in particular one exposed to doping or oxidizing gas to turn off after a while discharged from the treatment vessel and through magazines loaded with fresh disks to be replaced.

Die üblichen Magazine bestehen aus einem Quarzboot oder aus einem aus hochreinem Silicium bestehenden Boot, welches unter Anwendung eines Schiebers in das Quarzrohr eingeschoben und wieder herausgezogen wird. Dieses bereitet vor allem bei den hohen Temperaturen im Rohrinneren erhebliche Schwierigkeiten die an der Innenwand des Behandlungsrohres aufliegenden Nagazine dort ziemlich stark haften so daß dadurch der Transport durch Verschieben der Magazine erheblich behindert und gestört wird. Es ist Aufgabe der Erfindung hier eine Abhilfe zu schaffen.The usual magazines consist of a quartz boat or one made of high-purity silicon boat, which using a slide is pushed into the quartz tube and pulled out again. This prepares Especially with the high temperatures inside the pipe, there are considerable difficulties Nagazines resting on the inner wall of the treatment tube adhere quite strongly there so that thereby significantly hindered the transport by moving the magazines and is disturbed. The object of the invention is to provide a remedy here.

Hier kann auf die DT-OS 1.769.520 (VPA 68/2494) hingewiesen werden, die sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum epitaktischen Abscheiden von kristallinem Material, insbesondere Halbleiterma terial, aus der Gasphase auf Substratkörpern bezieht. Hier ist vorgesehen, daß mindestens ein die zu beschichtenden Substratkper tragendes Transportorgan in den mit den erforderlichen Reaktionsbedingungen versehenen Reaktionsraum eingeschleust und nach erfolgter Abscheidung bei aufrechterhaltenen Reaktionsbedingungen wieder ausgeschleust wird. Bevorzugt ist dabei ein Arbeiten im Durchlaufbetrieb durch ein rohrförmig ausgestaltetes Reaktionsgefäß vorgesehen. Die Transportorgane können als mit Rädern versehene Wagen ausgebildet sein, die auf durch das ganze Reaktionsgefäß führenden Schienen bewegt werden und die wenigstens an ihrer Oberfläche aus hitzebeständigem anorganischen Isoliermaterial, insbesondere SiO2 oder SiC bestehen.The DT-OS 1.769.520 (VPA 68/2494) can be referred to here, relating to a method and apparatus for the epitaxial deposition of crystalline material, in particular semiconductor material, from the gas phase on substrate bodies relates. It is provided here that at least one substrate body to be coated carrying organ in those provided with the necessary reaction conditions Reaction chamber introduced and after deposition with maintained Reaction conditions is discharged again. Working is preferred provided in continuous operation through a tubular reaction vessel. The transport members can be designed as wheeled carts that be moved on rails leading through the entire reaction vessel and the at least on their surface made of heat-resistant inorganic insulating material, in particular SiO2 or SiC exist.

Eine solche Lösung hat zwar in Bezug auf die Gleichmäßigkeit der herzustellenden epitaktischen Schichten erhebliche Vorteile. Dem Problem der Reibung der die zu beschichtenden Substratscheiben, insbesondere Halbleiterscheiben, tragenden Magazine an der Wandung des Behandlungsgefäßes sowie in den Drehlagern für die Räder ist jedoch angesichts der hohen Abscheidungs- und sonstigen Behandiungstemperaturen für Halbleiterzwecke nicht durch eine einfache Ausgestaltung der Magazine als Wagen beizukommen. Man muß vielmehr dafür sorgen, daß die Reibung nicht nur an den Rohrwänden sondern auch in den Drehlagern der Räder möglichst stark reduziert wird und andererseits ein einfacher stabiler Aufbau des Magazins aus den angegebenen und im allgemeinen nicht allzu einfach zu bearbeitenden Materialien möglich ist.Such a solution does have in terms of the uniformity of the to be produced epitaxial layers have considerable advantages. The problem of the friction of those too coating substrate wafers, in particular semiconductor wafers, carrying magazines on the wall of the treatment vessel and in the pivot bearings for the wheels however, in view of the high deposition and other treatment temperatures for semiconductor purposes not by simply designing the magazines as trolleys to get over. Rather, one must ensure that the friction does not only occur on the pipe walls but also in the pivot bearings of the wheels is reduced as much as possible and on the other hand a simple stable structure of the magazine from the specified and in general materials that are not too easy to work with are possible.

Erfindungsgemäß ist deshalb vorgesehen, daß das als Fahrzeug ausgebildete Magazin lediglich von zwei walzenförmigen Rädern aus hitzebeständigem inerten anorganischen Isolier- oder Halbleitermaterial getragen ist, daß außerdem eine mechanische Verbinn zwischen jedem dieser Räder und dem übrigen Magazin lediglich über in offene Drehlager eingreifende axiale Verjüngungen des betreffenden Rades besteht und daß schließlich die Länge der einzelnen walzenförmigen Räder mindestens gleich dem senkruchten hbu stand des Schwerpunktes des Magazins zu der durch die Auflagestellen der beiden Räder definierten Ebene bemessen ist.According to the invention it is therefore provided that the trained as a vehicle Magazine only from two cylindrical wheels heat resistant inert inorganic insulating or semiconductor material is supported that in addition a mechanical connection between each of these wheels and the rest of the magazine via axial tapers of the wheel in question that engage in open pivot bearings and that finally the length of the individual cylindrical wheels at least like the vertical hbu, the focus of the magazine was on the one through the Support points of the two wheels defined plane is dimensioned.

Durch die zuletzt genannte Maßnahme wird ein Kippen des beladenen Magazins auch im Innern des - gewöhnlich einen runden Innersquerschnitt aufweisenden und durch ein Quarzrohr gegebenen Behacdlur,gsgefäßes vermieden. Die walzenartige Ausgestaltung der Räder, die Verwendung von nur zwei Rädern für das gesamte Magazin sowie die oben definierte besondere Ausgestaltung der Verbindung zwischen dem einzelnen Rad mit dem überigen Magazin dient einer erheblichen Verminderung der insgesamt bei Bewegung des Magazins in dem rohrförmigen Behandlungsgefäß auftretenden und durch ein starkes Aneinanderhaften der heißen Materialien bedingten Reibung zwischen dem Magazin und dem Quarzrohr einerseits und in den die Verbindung zwischen den Rädern und dem Magazinkörper andererseits ermöglichenden Drehlagern.The last-mentioned measure causes the loaded one to tip over Magazine also inside the - usually having a round inner cross-section and through a quartz tube given Behacdlur, gsgefäßes avoided. The roller-like Design of the wheels, the use of only two wheels for the entire magazine as well as the special configuration of the connection between the individual as defined above Wheel with the rest of the magazine is used to significantly reduce the total occurring during movement of the magazine in the tubular treatment vessel and due to the strong adhesion of the hot materials between the magazine and the quartz tube on the one hand and in which the connection between the Wheels and the magazine body on the other hand enabling rotary bearings.

Unter einem "offenen Drehlager" wird im Folgenden ein Drehlager verstanden, welches die sich in ihm drehende Welle, also im vorliegenden Falle die axialen Vorsprünge des walzenartigen Radkörpers, nicht längs einer ganzen ringförmigen Zone sondern längs eines halbe Kreisringes oder noch weniger berührt. Dies ist z.B.In the following, an "open pivot bearing" is understood to mean a pivot bearing, which is the shaft rotating in it, so in the present case the axial projections of the roller-like wheel body, not along an entire annular zone but touched along half a circular ring or even less. This is e.g.

der Fall, wenn die einzelnen Drehlager durch einen nach unten offenen U-förmigen oder keilförmigen Einschnitt an der Unterseite des Magazinkörpers oder eines mit dem Magazinkörper festverbundenen Fahrgestells gegeben ist.the case when the individual pivot bearings are open at the bottom U-shaped or wedge-shaped incision on the underside of the magazine body or a chassis firmly connected to the magazine body is given.

Der walzenförmige Radkörper und seine, die Drehwelle des Rades bildenden axialen Verjüngungen sind zweckmäßig aus einem einzigen Stück aus Quarz oder Siliclum oer SiC geschliffen und bilden einen einzigen festen Körper, so daß eine Gleitreibung nur in den beiden das betreffende Rad führenden Drehlagern gegeben iet. Da des Drehlager offen ist und keine das Rad in das Drehlager einsrjannende Vorrichtungen (z.B. Schrauben) vorgesehen sind, liegt das Magazin auf seinen beiden Rädern frei auf. Durch diese M3.9nahmen ist das Minimum an Gleitreibung in den Lagern vor allem dann gegeben, wenn zwischen den einzelnen axialen Verjüngungen des R.adkörpers und der Drehwelle eine Berührung nur längs zweier Mantellinien der betreffenden Verjüngung (bei Verwendung eines keilförmig geschnittenen Drehlagers) oder gar nur längs einer I.sntellinie (bei Verwendung eines U-förmig geschnittenen Drehlagers, wobei der Radius des U größer als der der mit dem Drehlager in Verbindung gehaltenen Verjüngung des Rades gewählt ist) vorliegt.The cylindrical wheel body and its forming the rotating shaft of the wheel axial tapers are expediently made from a single piece of quartz or silicon or SiC ground and form a single solid body, like that that a sliding friction only in the two pivot bearings leading the wheel in question given iet. Because the pivot bearing is open and the wheel is not locked into the pivot bearing Devices (e.g. screws) are provided, the magazine rests on both of its Wheels free. With these M3.9 measurements, there is a minimum of sliding friction in the bearings especially when between the individual axial tapers of the wheel body and the rotary shaft a contact only along two surface lines of the respective Tapering (when using a wedge-shaped pivot bearing) or even only along a center line (when using a U-shaped pivot bearing, the radius of the U being greater than that held in connection with the pivot bearing Taper of the wheel is selected).

Die Ausgestaltung des Magazinkörpers ist durchaus üblich. Er kann z.B. aus einem Siliciumrohr bestehen, das horizontal orientiert und an seiner Oberseite mit schlitzartigen äquidistanten und gleich bemessenen Einschnitten für die Aufnahme je einer Halbleiterscheibe versehen ist. Der Magazinkörper kann auch ein Quarzboot sein, das in seinem Inneren mit Kerben für die Aufnahme der einzelnen Halbleiterscheiben versehen ist. Ein solcher Magazin körper ist zweckmäßig an seiner Unterseite mit einem aus demselben Material bestehenden Fahrgestell verschweißt, das an seiner Unterseite mit den als Drehlager für die beiden Räder dienenden Einschnitten oder Einkerbungen versehen ist.The design of the magazine body is quite common. He can e.g. consist of a silicon tube that is oriented horizontally and at its top with slot-like, equidistant and equally dimensioned incisions for the recording each one semiconductor wafer is provided. The magazine body can also be a quartz boat his inside with notches for receiving the individual semiconductor wafers is provided. Such a magazine body is useful on its underside with welded to a chassis made of the same material that on his Underside with the notches serving as pivot bearings for the two wheels or Notches is provided.

Das Fahrgestell ist durch zwei parallele Schienen gegeben, die in einem die Länge des Walzenkörpers der einzelnen Räder überschreitenden Abstand an der Unterseite des Magazins angeschweißt oder vernietet sind.The chassis is given by two parallel rails that run in a distance exceeding the length of the roller body of the individual wheels are welded or riveted to the underside of the magazine.

Eine noch günstigere Ausführungsform wird anhand der Figuren 1 bis 3 beschrieben. Dabei stellt Fig. 1 eine seitliche Skizze, Fig. 2 eine Aufsicht des Magazins und Fig. 3 die Anordnung des Magazins in einem durch ein Quarzrohr gegebenen Behandlungsgefäß dar.An even more favorable embodiment is based on FIGS 3 described. 1 shows a side sketch, FIG. 2 shows a top view of the Magazine and Fig. 3 shows the arrangement of the magazine in a given by a quartz tube Treatment vessel.

Der Magazinkörper besteht hier aus zwei einander gleichen pa;allelen Stäben oder Schienen 1, die mittels Querverstrebungen 2 und 7 stabil miteinander verbunden sind. Dabei verbinden die bei Verstrebungen 7 die beiden gleichlangen Stäbe 1 an ihren E.ncrn, während die beiden inneren Verstrebungen 2 bogenartig ausgebildet sind und die beiden Stäbe in einem für die Aufnahme je eines walzenförmigen Rades 3 ausreichenden Abstand von den Endverstrebungen 7 verbinden. Zwischen den beiden Verstrebungen 2 und 7 sind die beiden Stäbe 1 nach unten in der aus Fig. 1 ersichtlichen Weise unter Beibehaltung der Parallelitat durc1'gebogen. Diese Steiin sind mit 5 bezeichnet. Ihre Unterseite weist je einen U- oder einen keilförmigen Einschnitt 6 auf, die einander gleich geformt und bemessen und spiegelbildlich in Bezug auf eine zwischen den beiden Stäben 1 angeordnete, den Abstand zwischen den beiden Staben halbierende und senkrecht zu deren kürzesten Verbindungslinien angeordneten Symmetrieebene angeodn.et sind.The magazine body here consists of two equal pa; alleles Rods or rails 1, which are stable with each other by means of cross braces 2 and 7 are connected. The struts 7 connect the two of the same length Rods 1 at their E.ncrn, while the two inner struts 2 are arcuate are and the two rods in one for the inclusion of a roller-shaped wheel 3 connect sufficient distance from the end struts 7. Between the two Struts 2 and 7 are the two rods 1 downward in FIG. 1 Way, while maintaining the parallelism. These stones are at 5 designated. Their underside has a U-shaped or a wedge-shaped incision 6, which are shaped and sized identically and mirror images of each other one arranged between the two rods 1, the distance between the two rods bisecting and perpendicular to their shortest connecting lines arranged plane of symmetry angeodn.et are.

Diese Einschnitte 6 diencn als Drehlager für die beiden walzenförmigen Räder 3, indem die den Magazinkörper bildenden beiden Stäbe oder Schienen 1 mit jeder der beiden Einkerbungen 6 auf den beiden axialen und kreiszylindrisch geschliffenen Verjüngungen 4 je eines der beiden walzenförmigen Räder in der aus den beiden Figuren 1 und 2 ersichtlichen Weise aufliegen.These incisions 6 serve as pivot bearings for the two roller-shaped ones Wheels 3 by the two rods or rails 1 forming the magazine body with each of the two notches 6 on the two axial and circular cylindrical ground Tapers 4 each of one of the two roller-shaped wheels in the two figures 1 and 2 are visible way.

Die Oberseite der beiden Stäbe oder Schienen 1 ist mit schlitzartigen Einkerbungen derart versehen, das je eine Einkerbung des einen Stabes mit je einer und nur einer Einkerbung des anderen Stabes in eine gemeinsame Ebene fallen so daß die Halbleiterscheiben S in der aus den Figuren 1 und 2 ersichtlichen Weise gehaltert werden können.The top of the two bars or rails 1 is slot-like Notches provided in such a way that each one notch of a rod with one each and only one notch of the other rod fall into a common plane so that the semiconductor wafers S held in the manner shown in FIGS can be.

Zur Erleichterung der Handhabung in dem rohrförmigen Behandlungsgefäß ist eine Öse 8 an dem einen Ende und ein insbesondere in die Öse 8 passender Haken 10 an dem anderen Ende vorgesehen mit deren Hilfe mehrere solcher (einander gleicher) Magazine hintereinander gekoppelt in das rohrförmige Behandlungsgefäß eingefahren werden können. Dabei genügt es wenn jeder der aneinandergekoppelten Magazine nur von jeweils einem walzenförmigen Rad getragen wird, um die Reibung zu reduzieren. Es ist klar, daß infolge der Verwendung von rohrförmigen Behandlungsgefäßen mit Öffnungen an beiden Enden der Magazine auch im Durchlaufbetrieb durch das BehcIldlungsgeCaß geschleust werden können, wie dies auch in der DT-OS 1.769.520 gezeigt ist.To facilitate handling in the tubular treatment vessel is an eyelet 8 at one end and a hook that particularly fits into the eyelet 8 10 provided at the other end with the help of which several such (identical) Magazines coupled one behind the other moved into the tubular treatment vessel will can. It is sufficient if each of the magazines coupled to one another is only used by each a cylindrical wheel to reduce friction. It's clear, that as a result of the use of tubular treatment vessels with openings both ends of the magazines passed through the handling passageway in continuous operation as shown in DT-OS 1.769.520.

In Fig. 3 ist ein Querschnitt durch das in einem das Behandlungsgefäß bildenden Quarzrohr 9 befindlichen Magazins in Höhe der Achse eines der beiden walzenförmigen Räder 3 gezeigt. Es zeigt, daß das walzenförmige Rad 3 in dem Rohr nur an zwei Punkten aufliegt, deren Entfernung durch die Walzenlänge des Rades 3 gegeben ist. Im Interesse einer stabilen Anordnung des Magazins im Inneren des Quarzrohres 9 sollte in Einklang mit der Lehre der Erfindung der Abstand der beiden Auflage stellen gleich oder größer als der senkrechte Abstand der durch die vier Auflagepunkte definierten Ebene vom Schwerpunkt des beladenen Magazins sein.In Fig. 3 is a cross section through the in one the treatment vessel forming the quartz tube 9 located magazine at the level of the axis of one of the two cylindrical Wheels 3 shown. It shows that the cylindrical wheel 3 in the tube only at two points rests, the distance of which is given by the length of the roller of the wheel 3. In interest a stable arrangement of the magazine inside the quartz tube 9 should be consistent With the teaching of the invention, the distance between the two supports make the same or greater as the vertical distance of the plane defined by the four support points from Be the focus of the loaded magazine.

Die in der Fig. 1 und 2 dargestellte Ausführungsform läßt sich ohne Schwierigkeiten aus Quarz fertigen. Sie kann aber auch aus Si oder Al203 bestehen. Die günstigste Lösung ist dann gegeben, wenn die Räder 3 mit ihren VerJungungen 4 aus elementarem reinem Silicium und die überigen Bestandteile des Magazins einschließlich der Wand 9 des Behandlungsgefäßes aus hochreinem Quarz bestehen, da durch eine solche Kombination die Gleitreibung zwischen den einzelnen Teilen nach den bisher vorliegenden Ergebnissen am kleinsten ist.The embodiment shown in Figs. 1 and 2 can be without Making difficulties out of quartz. But it can also consist of Si or Al 2 O 3. The cheapest solution is given when the wheels 3 with their tapering 4 made of elemental pure silicon and the remaining components of the magazine including the wall 9 of the treatment vessel consist of high-purity quartz, as such Combination the sliding friction between the individual parts according to the previously available Results is smallest.

3 Figuren 8 Patentansprüche3 Figures 8 claims

Claims

P a t e n t a n s t e c h e 1.) Device for thermal treatment of semiconductor wafers with a treatment vessel, one on the treatment vessel acting heating device, a supply for a to be introduced into the treatment vessel Treatment gas and one to be introduced into the treatment vessel and with the semiconductor wafers equipped magazine made of heat-resistant and against the treatment gas and the semiconductor wafers inert insulating or semiconductor material e t that the magazine, which is designed as a vehicle, has only two cylindrical ones Wheels made of heat-resistant inert inorganic insulating or semiconductor material is supported that there is also a mechanical connection between each of these wheels and the rest of the magazine only via axial tapers engaging in open pivot bearings of the wheel in question and that finally the length of the individual cylindrical Rader at least equal to the vertical distance of the center of gravity of the magazine the plane defined by the contact points of the two wheels in the treatment vessel is sized.

2.) Device according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the open pivot bearings each accommodate one of the wheels through a taper U-shaped or wedge-shaped incision or a particularly cylindrical notch on the underside of downwardly directed projections of the magazine (Fig. 1) or a special chassis firmly connected to the magazine are given.

3.) Device according to claim 1 or 2, d a d u r c h g e -k e n n z e 1 c h n e t that all provided cylindrical wheels and their Axial tapers receiving pivot bearings shaped in a matching manner and are dimensioned.

4.) Device according to claim 1 or 2, d a d u r c h g e -k e n n shows that the magazine is carried freely by its two cylindrical wheels and can be withdrawn.

5.) Device according to one of claims 1 to 4, d a d u r c h g It is not noted that all components of the magazine are made from one material such as quartz, silicon, silicon carbide and aluminum oxide.

6.) Device according to one of claims 1 to 5, d a d u r c h gek It is noted that all parts of the magazine including the cylindrical Wheels are made of the same material.

7.) Device according to one of claims 1 to 5, d a d u r c h g It is not noted that the cylindrical wheels including their tapers each consist of a single piece of silicon while the other components of the Magazines are made of high purity quartz.

8.) Device according to one of claims 1 to 6, d a d u r c h g It is not noted that the magazine body consists of two in the axial direction of the tubular treatment vessel arranged to one another and via a releasable coupling interconnected components and that each of these components is each provided with a cylindrical wheel.