DE2548192C3 - Process for the heat treatment of sapphire silicon wafers - Google Patents
Process for the heat treatment of sapphire silicon wafersInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Plättchen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Wärmebehandlung kann beispielsweise dazu dienen, die Plättchenoberfiäche zu oxidieren oder Störstoffe in das Plättchen einzudiffundieren. The invention relates to a method for the heat treatment of platelets according to the preamble of claim 1. The heat treatment can serve, for example, to close the platelet surface oxidize or diffuse contaminants into the platelet.
Die im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Plättchen bestehen überwiegend aus Saphir, d. h. einem schlechten Wärmeleiter. Bei der Wärmebehandlung derartiger Plättchen besteht wegen der schlechten Wärmeleitfähigkeit die Gefahr, daß sich infolge der Temperaturänderungen beim Einbringen in den Wärmebehandlungsofen und beim Herausnehmen aus diesem Ofen Risse in den Plättchen bilden. Zwar könnte die Gefahr der Rißbildung grundsätzlich dadurch vermindert werden, daß die zu behandelnden Plättchen sehr langsam in den Wärmebehandlungsofen eingeführt und aus ihm entnommen werden. Sollen jedoch große Stückzahlen von Plättchen gleichzeitig behandelt werden, so hätte eine derart langsame Bewegung relativ zu dem Wärmebehandlungsofen zur Folge, daß die einzelnen Plättchen unterschiedlich lange und unterschiedlich intensiv behandelt werden und sich daher nach der Behandlung in ihren Eigenschaften unterscheiden. The platelets mentioned in the preamble of claim 1 consist predominantly of sapphire, i. H. one bad heat conductor. In the heat treatment of such platelets is because of the poor Thermal conductivity, the risk that as a result of the temperature changes when it is introduced into the heat treatment furnace and cracks in the platelets when removed from this oven. Certainly could the risk of cracking can be reduced in principle by the fact that the platelets to be treated be introduced into and removed from the heat treatment furnace very slowly. However, they should be large Pieces of platelets are treated at the same time, such a slow movement would have been relative the result of the heat treatment furnace that the individual platelets of different lengths and different are treated intensively and therefore differ in their properties after the treatment.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, um eine große Anzahl von Plättchen einer gleichmäßigen Wärmebehandlung ohne die Gefahr einer Rißbildung zu unterziehen.The invention is based on the object to provide a method to a large number of The platelets are subjected to a uniform heat treatment without the risk of cracking.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1. Die danach vorgesehenen zusätzlichen Plättchen bestehen aus Silicium, d. h. einem guten Wärmeleiter, und sorgen dafür, daß die zu behandelnden Plättchen bei der Einführung in den Wärmebehandlungsofen und bei der Entnahme aus dem Ofen über ihren gesamten Bereich gleichmäßig der jeweiligen Temperaturänderung ausgesetzt sind. Dadurch wird verhindert, daß einzelne Teile der zu behandelnden Plättchen unterschiedliche Temperaturen annehmen und daaurch rissig werden.The inventive solution to this problem results from the characterizing part of claim 1. The additional platelets provided thereafter consist of silicon, i. H. a good conductor of heat, and take care for the fact that the platelets to be treated are introduced into the heat treatment furnace and when Removal from the furnace uniformly exposed to the respective temperature change over its entire area are. This prevents individual parts of the platelets to be treated from being different Accept temperatures and thereby become cracked.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift 15 44 245 ist zwar ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Halbleiterplättchen bekannt, bei denen diese mit weiteren Plättchen abwechselnd und in Abstand voneinander gehalten werden. In dem bekannten Verfahren handelt es sich jedoch bei den weiteren Plättchen um Körper aus einem Dotiermaterial, mit denen die Oberflächen der Halbleiterplättchen dotiert werden sollen. Der durch die erfindungsgemäßen zusätzlichen Plättchen aus Silicium bewirkte thermischeFrom the German Offenlegungsschrift 15 44 245 is a process for the heat treatment of Semiconductor wafers known in which these with further platelets are held alternately and at a distance from one another. In the known Method, however, the further platelets are bodies made of a doping material which the surfaces of the semiconductor wafers are to be doped. The by the invention additional silicon wafers caused thermal
τ- Ausgleichseffekt wird bei dem bekannten Verfahren weder angestrebt noch wegen der dort verwendeten Materialien erreicht.τ compensation effect is used in the known method neither aspired to nor achieved because of the materials used there.
Die Erfindung wird in der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand derThe invention is illustrated in the following description of preferred exemplary embodiments with reference to FIG
ίο Zeichnung näher erläutert In der Zeichnung zeigtίο Drawing explained in more detail In the drawing shows
Fig. IA einen Vertikalschnitt durch ein einzelnes Plättchen vor der Wärmebehandlung;1A shows a vertical section through a single one Platelets before heat treatment;
F i g. 1B eine Anordnung von zu behandelnden Plättchen und Hilfsplättchen auf einem Halter,F i g. 1B shows an arrangement of to be treated Plates and auxiliary plates on a holder,
Fig. IC die Anordnung nach Fig. IB in einem Wärmebehandlungsofen,FIG. IC shows the arrangement according to FIG. IB in one Heat treatment furnace,
Fig. ID einen Schnitt durch ein einzelnes Plättchen
nach der Wärmebehandlung, und
F i g. 1E eine der F i g. 1B ähnliche Darstellung zur
Erläuterung eines anderen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.FIG. ID shows a section through a single platelet after heat treatment, and FIG
F i g. 1E one of the F i g. 1B similar illustration to explain another embodiment of the method according to the invention.
In Fig. IA ist ein sogenanntes SOS-Plättchen 1 gezeigt, das aus einem Saphirsubstrat la mit einer Dicke von 300 μίτι und einer auf einer Oberfläche des Saphirsubstrats la ausgebildeten Silicium-Einkristallschicht li> mit einer Dicke von 1 μίτι besteht.A so-called SOS plate 1 is shown in FIG. 1A shown that from a sapphire substrate la with a thickness of 300 μίτι and one on a surface of the Sapphire substrate la formed silicon single crystal layer li> with a thickness of 1 μίτι exists.
Gemäß F i g. 1B werden die Plättchen 1 nach F i g. 1A sowie die Plättchen 4 abwechselnd und vertikal in Aussparungen 3 eines Halters 2 angeordnet. Der Halter 2 besteht aus Quarz oder Silicium; die Aussparungen haben gegenseitige Abstände von 5 mm. Die Plättchen 4 bestehen aus Silicium, also einem guten Wärmeleiter, und haben eine Dicke von ungefähr 300 μίτι. Die zu behandelnden Plättchen 1 und die Plättchen 4 werdenAccording to FIG. 1B, the platelets 1 according to FIG. 1A as well as the platelets 4 arranged alternately and vertically in recesses 3 of a holder 2. The holder 2 is made of quartz or silicon; the recesses are spaced 5 mm apart. The tiles 4 consist of silicon, so a good heat conductor, and have a thickness of about 300 μίτι. The to treated platelets 1 and the platelets 4
>5 auf dem Halter 2 abwechselnd angeordnet, so daß sich also immer ein Plättchen 1 zwischen zwei Hilfsplättchen 4 befindet.> 5 arranged alternately on the holder 2 so that So there is always a tile 1 between two auxiliary tiles 4.
Gemäß Fig. IC wird der Halter 2 mit den darauf angeordneten Plättchen 1 und 4 in einen Wärmebehandlungsofen 5 eingebracht, in dem beispielsweise in einer Sauerstoff-Atmosphäre von 1050°C thermisch ein Oxidationsfilm auf der Oberfläche der Plättchen 1 erzeugt wird. Der Halter 2 mit den Plättchen 1 und 4 wird in Richtung des Pfeils A in Fig. IC mit einer Geschwindigkeit von 120 cm/min in den Ofen eingeführt. Die Wärmebehandlung dauert 10 min. Anschließend wird der Halter 2 mit den darauf befindlichen Plättchen mit der gleichen Geschwindigkeit von 120 cm/min in Richtung des Pfeils B wieder aus demAccording to FIG. 1C, the holder 2 with the platelets 1 and 4 arranged thereon is placed in a heat treatment furnace 5 in which an oxidation film is thermally generated on the surface of the platelets 1 in an oxygen atmosphere of 1050 ° C., for example. The holder 2 with the platelets 1 and 4 is introduced into the furnace in the direction of the arrow A in FIG. 1C at a speed of 120 cm / min. The heat treatment lasts 10 minutes, then the holder 2 with the platelets on it is removed again at the same speed of 120 cm / min in the direction of the arrow B.
.so Wärmebehandlungsofen 5 herausgezogen..so heat treatment furnace 5 pulled out.
Wie sich Fig. ID entnehmen läßt, wird durch die Wärmebehandlung aus dem ursprünglichen Plättchen 1 ein Plättchen 7 erhalten, bei dem auf der Silicium-Einkristallschicht IZj ein SiO2-FiIm mit einer Dicke von näherungsweise 1000 A gebildet worden ist, ohne daß in dem Plättchen Risse entstanden sind.As can be seen from FIG. ID, the heat treatment of the original lamina 1 gives a lamina 7 in which an SiO 2 film with a thickness of approximately 1000 Å has been formed on the silicon single crystal layer IZj without being in the Platelet cracks have emerged.
Beim Einführen der auf dem Halter 2 angeordneten Plättchen 1 und 4 in den Wärmebehandlungsofen 5 sowie bei der Entnahme aus dem Wärmebehandlungs-When introducing the wafers 1 and 4 arranged on the holder 2 into the heat treatment furnace 5 as well as when removing from the heat treatment
f>° ofen werden die Saphirsubstrate la der Plättchen 1, die eine schlechte Wärmeleitfähigkeit haben, durch die den Temperaturänderungen rasch folgenden benachbarten Plättchen 4 derart beeinflußt, daß die Plättchen 1 über ihren gesamten Bereich in kurzer Zeit gleichmäßigThe sapphire substrates la of the platelets 1, the have poor thermal conductivity, due to the neighboring ones rapidly following temperature changes Platelets 4 influenced in such a way that the platelets 1 uniformly over their entire area in a short time
<>5 erwärmt bzw. abgekühlt werden, so daß örtliche Temperaturunterschiede in den Plättchen 1, die zur Rißbildung führen, vermieden werden. Daher lassen sich Plättchen 1 gleichzeitig in großen Mengen und ohne<> 5 are heated or cooled so that local Temperature differences in the platelets 1, which lead to the formation of cracks, are avoided. Therefore can Platelets 1 at the same time in large quantities and without
Platt-Flat-
Rißbiidungsgefahr behandeln, wobei sämtliche
chen gleiche Eigenschaften erhalten.Treat the risk of cracking, with all
get the same properties.
In der obigen Beschreibung ist angenommen worden, daß die Wärmebehandlung dazu dient, auf der Oberfläche der Plättchen 1 thermisch einen Oxidationsfilm zu erzeugen. Die Erfindung ist aber auch bei jeder anderen Wärmebehandlung der Plättchen 1 anwendbar, beispielsweise wenn die Wärmebehandlung dazu dienen soll, Störstoffe in die Siiicium-Einkristalischicht Xb einzudiffundieren und dabei der in Fig. ID gezeigte SiO2-Film 6 als Maske verwendet wird.In the above description, it has been assumed that the heat treatment serves to thermally generate an oxidation film on the surface of the flakes 1. The invention can also be used for any other heat treatment of the platelets 1, for example when the heat treatment is intended to diffuse impurities into the silicon single crystal layer Xb and the SiO2 film 6 shown in FIG. ID is used as a mask.
Gemäß F i g. 1E ist es auch möglich, die Plättchen 1 und 4 nicht senkrecht sondern geneigt auf dem Halter 2 anzuordnen. Dabei können die Plättchen auch parallel zu einer im Innern des Wärmebehandlungsofens herrschenden Gasströmung orientiert sein.According to FIG. 1E it is also possible to use the 1 and 4 not to be arranged vertically but inclined on the holder 2. The platelets can also be parallel be oriented to a gas flow prevailing inside the heat treatment furnace.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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