DE2554399C3

DE2554399C3 - Verfahren zum Herstellen von aus Silicium oder Siliciumcarbid bestehenden, direkt-beheizbaren Rohren

Info

Publication number: DE2554399C3
Application number: DE2554399A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Chem. Dr. 8000 Muenchen Dietze
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-12-03
Filing date: 1975-12-03
Publication date: 1979-09-06
Also published as: JPS5268900A; US4345142A; DE2554399B2; DE2554399A1

Description

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Siliciumrohre weisen für die Anwendung im Rohrofenbau und insbesondere für Diffusionsofen zur Diffusion von Halbleiterbauelementen hervorragende Eigenschaften auf. Sie sind durch dirtxten Stromdurchgang jedoch nur dann aufheizbar, wenn die zu kontaktierenden Rohrenden so niederohmig sind, daß in diesem Bereich die Wärmeentwicklung gering bleibt, und wenn das restliche Rohr soweit leitend ist, daß ein Aufheizen durch direkten Stromdurchgang möglich *° wird.

Die vorliegende Erfindung betrifft nun ein Verfahren zum Herstellen von aus Silicium oder Siliciumcarbid bestehenden, direkt-beheizbaren Rohren für Diffusionsprozesse in der Halbleitertechnik durch Abscheiden von Silicium oder Siliciumcarbid aus der Gasphase auf die Oberfläche eines erhitzten, aus Graphit bestehenden T.-ägerkörpers, der nach der Abscheidung entfernt wird, bei dem die Außenmantelfläche des durch Abscheidung gebildeten Silicium- oder Siliciumcarbidrohres mit einer dotierten Schicht aus einer den Dotierstoff enthaltenden Suspension und nachträgliches Eindiffundieren des Dotierstoffes versehen wird.

Ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Siliciumrohres wird in der DE-OS 22 53 411 beschrieben. Dabei " werden aut die Oberfläche des zur Abscheidung vorgesehenen Trägerkörpers aus Graphit mindestens zwei Schichten aus Silicium aufgebracht, von denen die nach dem Entfernen des Trägerkörpers beim fertigen Siliciumrohr äußerste Schicht mit einer Dotierung ^Wl versehen ist, während die innerste Schicht aus hochreinem Silicium besteht. Die Herstellung der dotierten Schicht erfolgt durch Abscheidung aus der Gasphase, wobei den gasförmigen Siliciumverbindungen, wie z.B. Trichlorsilan-Wasserstoffgcmischen Do- ··< tierungsgase zugemischt und mil zur Abscheidung gebracht werden.

Ein solches Siliciumrohr (welches auch aus Siliciumcarbid bestehen kann), hat den Vorteil, daß es in hohem Maße gasundurchlässig ist und deshalb für Diffusionsprozesse im gesamten Halbleiterbereich bestens verwendbar ist. Außerdem zeichnen sich diese Rohre im Rohrinneren durch eine sehr hohe Reinheit aus und vereinfachen durch die aufgebrachte hochdotierte Schicht an ihrer Außenfläche den Aufwand bei Diffusionsptozessen erheblich, da sie direkt-beheizbar sind.

Nachteilig bei dem Herstellungsprozeß eines solchen Rohres ist, daß der Dotierungsprozeß zugleich mit dem Herstellungsprozeß verlaufen muß und daß nur eine über das Rohr gleichmäßige, aber keine differenzierte Dotierung möglich ist.

Dieser Nachteil wird durch das Verfahren nach der Lehre der Erfindung dadurch behoben, daß erfindungsgemäß die zu kontaktierenden Rohrenden höher dotiert werden als der mittlere Bereich des Rohres.

In einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist sogar vorgesehen, den mittleren Teil des Rohres nur streifenweise zu dotieren. Wesentlich ist, daß das Rohr über seine gesamte Länge eine Dotierung aufweist.

Gemäß einem besonders günstigen Ausführungsbeispiel nach der Lehre der Erfindung wird die Dotierung so eingestellt, daß sie an den Rohrenden einem mittleren spezifischen, elektrischen Widerstand von höchstens 50 mOhm · cm und im mittleren Teil des Rohres einem mittleren Wert von höchstens 500 mOhm · cm entspricht. Als Suspensionsmittel für die Dotierstoffe können sich ohne Rückstand verflüchtigende Lacke auf Nitrocellulosebasis oder Photolacke verwendet werden. Dabei werden als Dotierstoffe vorzugsweise die Trihalogenide von Bor, Phosphor, Arsen oder Antimon, sowie die Hydride von Bor (Dekaboran) im entsprechenden Verhältnis zugemischt. Die Lacke werden bei 250 bis 400⁰C in Sauerstoff-Argon-Atmosphäre verdampft.

Die Diffusion des Dotierstoffes in die Rohroberfläche muß bei möglichst hohen Temperatur-η, mindestens bei I200°C, über einen längeren Zeitraum, mindestens 10 Stunden, erfolgen.

Durch das Verfahren nach der Lehre der Erfindung ist die Möglichkeit gegeben, die Höhe der Dotierung im Rohr zu variieren, entweder durch die Verwendung unterschiedlich, bezüglich des beigemischten Dotierstoffes konzentrierter Lacke oder durch die unterschiedliche Höhe und Länge der Temperaturbehandlung während der Diffusion.

Eine weitere Variante ergibt sich durch eine räumliche Anordnung des Lackauftrages, beispielsweise durch das Auftragen verschieden stark dotierter Streifen. In jedem Fall ist an den Rohrenden eine höhere Dotierung als in der Rohrmitte vorteilhaft.

Das Verfahren ist sowohl anwendbar für die Dotierung mit Akzeptoren (z. B. Bor) als auch Donatoren (z. B. Phosphor). Durch Langzeitversuche bei Temperaturen um 1300°C wurden die nach dem Verfahren nach der Lehre der Erfindung hergestellten Siliciumrohre bezüglich ihrer Dotierung und Kristallstruktur untersucht und es ergeben sich keine nennenswerten Veränderungen ihrer physikalischen, chemischen und mechanischen Eigenschaften.

In der Figur ist mit dem Bezugszeichen 1 ein beidseitig-offenes Siliciumrohr bezeichnet, welches in seinem Inneren durch Gasphasenabscheidung hergestelltes, hochreines Silicium 10 enthält und an seiner Oberfläche in den Bereichen 2 und 3 eine, über seine ganze Mantelfläche verlaufende, hochdotierte Schicht 5

aufweist Im Bereich 4 des Siliciiimrohres 1 befinden sich neben undotierten Bereichen (10) streifenförmig Dotierungsbereiche 6, welche ebenso wie die dotierten Schichten 5 durch die sog. paint-on-Technik entstanden sind, d. h, die dotierten Zonen werden erzeugt durch Aufpinseln eines zum Beispiel mit einer Phosphorverbindung versetzten, handelsüblichen Photolackes, Verdampfen des Lackes bei ca. 300⁰C in Sauerstoff-Argon-Atmosphäre und anschließendes Eindiffundieren des Phosphors in die Rohroberfläche bei ca. 1200⁰C über eine Zeitdauer von mehr als 10 Stunden.

Man erreicht an den Rohrenden (Bereiche 2 und 3) einen mittleren spezifischen elektrischen Widerstand von ungefähr 50 mOhm · cm, wenn man bei einer Konzentration von ungefähr 20% Phosphortrichlorid im Photolack den Phosphor etwa 100 Stunden bei 1250⁰C in das Siliciumrahr eindiffundiert Der mittlere Bereich des Rohres 4 (Streifen 6) erhält einen spezifischen elektrischen Widerstand von ungefähr 150 mOhm · cm durch eine Diffusionsdauer von 20 Stunden bei ca. 1250⁰C, Zweckmäßigerweise wird zuerst die Diffusion in den Bereichen 2 und 3 an den Rohrenden durchgeführt Nach der Diffusion wird das

ίο Siliciumrohr 1 durch kurzzeitiges Ätzen mit konz. Flußsäure von den Dotierstoffresten befreit und an seinen beiden Enden (2, 3) mit Stromanschlüssen versehen. Es ist dann sofort für Diffusionsprozesse einsatzbereit

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von aus Silicium oder Siliciumcarbid bestehenden, direkt-beheizbaren Rohren für Diffusionsprozesse in der Halbleitertechnik durch Abscheiden von Silicium oder Siliciumcarbid aus der Gasphase auf die Oberfläche eines erhitzten, aus Graphit bestehenden Trägerkörpers, der nach der Abscheidung entfernt wird, bei dem die Außenmantelfläche des durch Abscheidung gebildeten Silicium- oder Siliciumcarbid-Rohres mit einer dotierten Schicht aus einer den Dotierstoff enthaltenden Suspension und nachträgliches Eindiffundieren des Dotierstoffes versehen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die zu kontaktierenden '⁵ Rohrenden höher dotiert werden als der mittlere Bereich des Rohres.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Bereich des Rohres nur streifenweise dotiert wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierung so eingestellt wird, daß sie an den Rohrenden einen mittleren spezifischen elektrischen Widerstand von höchstens 50 mOhm ■ cm und im mittleren Bereich des Rohres einen mittleren Wert von höchstens 500 mOhm · cm entspricht.