DE2556399A1

DE2556399A1 - Verfahren zum herstellen von aus silicium oder siliciumcarbid bestehenden, direkt-beheizbaren rohroefen

Info

Publication number: DE2556399A1
Application number: DE19752556399
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Chem Dr Dietze
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-12-15
Filing date: 1975-12-15
Publication date: 1977-06-16

Description

Verfahren zum Herstellen von aus Silicium oder Siliciumcarbid be-
stehenden, direkt-beheizbaren Rohröfen.
Die Erfindung betrifft ein erfahren zum Herstellen von aus Silicium oder Siliciumcarbid bestehenden, direkt-beheizbaren Rohröfen für Diffusionsprozesse in der Halbleitertechnik, bei dem -das Silicium- oder Siliciumcarbid-Rohr durch Abscheiden von Silicium oder Siliciumcarbid aus der Gasphase auf die Oberfläche eines erhitzten Trägerkörpers und anschließendes Entfernen dieses Trägerkorpers hergestellt wird, bei dem auf der Außenmantelfläche des durch Abscheidung hergestellten Silicium- oder Siliciumcarbid-Rohres mindestens teilweise eine dotierte Schicht aufgebracht wird, bei dem die Rohrenden im Bereich der Stromanschlüsse in Graphilbacken eingespannt werden, die von einem gut-eitenden Metall urnschlossen werden, und bei dem über dem Silicum- oder Siliciumcarbid-Rohr zwischen den Graphitbacken eine Isolierung aus einen thermisch stabilen Stoff angebracht wird.
Ein Verfahren zur Herstellung eines, für einen solchen Siliciumrohrofen zu veresenoenden Siliciumrohres ist bereits in der deutschen Patentanmeldung P 25 18 045.4 (=VPA 75 P 1056) vorgeschlagen worden. Dabei das Rohr zum Einleiten des Anheizvorganges und zur Verkürzung der Anheizperiode mindestens teilweise mit einer hochdotierten Siliciumschicht versehen und die beiden Enden des Siliciumrohres werden im Bereich der Stromanschlüsse in mindestens zwei Graphitbacken eingespannt, die von vorzugsweise aus Kupfer bestehenden Metallbacken umhüllt werden. Das Siliciumrohr selbst kann nach einem Verfahren hergeistellt werden, welches in der DT- OS 22 53 411 beschrieben ist. Es weist in seinem Innern eine hochreine Siliciumschicht und auf seiner Außenmantelfläche eie dotierte Siliciumschicht auf.
Zur Konstanthaltung und Erzeugung hoher Temperaturen und auch zur Verminaerung des Energieverbrauchs ist vorgeschlagen worden, über dem Siliciumrohr zwischen den Graphitbacken eine Isolierung aus einem thermisch stabilen Stoff anzubringen. Dafür kann beispielsweise eine Schicht aus einer Aluminiumsilikat-Faser oder auch ein wärmereflektierender Metatlmantel verwendet werden.
Die damit erreichte temperaturstabile Zone erstreckt sich bei Temperaturen von oberhalb 100000 jedoch nur auf ungefähr 20 % der Rohrlänge.
Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt, besteht deshalb in einer Verbesserung der temperaturkonstanten Zone, insbesondere bezüglich ihrer Länge, damit eine bessere Ausnutzung des direkt-beheizten Siliciumrohrofens für Diffusions-und Temperprozesse in der Halbleitertechnik ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird durch die Lehre der Erfindung dadurch gelöst, daß die thermische Isolierung so angebracht wird, daß sie von der Rohrmitte ausgehend zu den Rohrenden hin in Bezug auf ihre Schichtdicke verstärkt wird. Durch die relativ einfach auszuführende Verstärkung der thermischen Isolierung zum Rohrende hin kann die temperaturkonstante Zone erheblich ausgeweitet werden, da die durch Wärmeleitung usw. höheren Energieverluste außerhalb der Rohrmitte durch geringer benötigte Strahlungsenergie kompensiert werden.
Durch die lemperatur-iderstands-Charakteristik des Siliciums -mit steigender Temperatur fällt der elektrische Widerstand des Siliciums - ist auch eine, durch die starke Isolierung mögliche Erhöhung der Temperatur zum Rohrende hin leicht zu vermeiden.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß die Isolierung bezüglich ihrer Schichtdicke in zwei Zonen aufgeteilt wird, wobei der Mittelteil des Rohres eine Isolierschicht enthält, die geringer ist als die Isolierschichten an den beiden Rohrenden.
Gemäß einem besonders günstigen Ausführungsbeispiel nach der Lehre der Erfindung wird der aus 1/3 der Rohroberfläche bestehende Mittelteil des Rohres mit einer Isolierschicht versehen, welche etwa 1/2 mal so dick ist wie die zu je 1/4 die Rohroberfläche bedeckenden Isolierschichten im Bereich der Rohrenden.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels und der in der Zeichnung befindlichen -i.gr, welthe-einen¢-direkt-beheiz- .
baren Siliciumrohrofen im Schnittbild schematisch darstellt, noch näher erläutert: In der Figur ist mit dem Bezugszeichen 1 ein beidseitig-offenes Siliciumrohr von 440 mm Länge bezeichnet, welches in seinem Innern durch Gasphasenabscheidung hergestelltes, hochreines Silicium und an seiner Außenmantelfläche eine hochdotierte Schicht (0,5 mm tief) enthält. Die beiden Schichten sind der besseren Übersicht wegen nicht dargestellt. Das Siliciumrohr 1 ist an seinen beiden Enden in 4,5 mm starke Græphitbacken 2 und 3 gehaltert, welche in Kupferbacken 4 und 5 eingespannt sind. Sowohl die Graphitbacken 2 und 3 als auch die Kupferbacken 4 und 5 sind im Rundmaß dem Siliciumrohr 1 angepaßt. An den Kupferbacken 4 und 5 werden die elektrischen Anschlüsse 11 befestigt. Über dem beheizten Siliciumrohrteil (10) befindet sich eine, aus Aluminiumsilikat-Faser bestehende, thermische Isolationsschicht 6, welche im Bereich 7 der Rohroberfläche (150 mm Länge) ca. 20 mm dick und in den Bereichen 8 und 9 der Rohroberfläche (jeweils ca.
100 mm Länge) 40 mm dick ist. Durch diese Maßnahme kann die temperaturkonstante Zone im Mittelteil des Rohres gegenüber einer, über die ganze Rohroberfläche sich erstreckende Isolierschicht von 40 mm Dicke auf die doppelte Länge vergrößert werden. ,während man bei einer gleichmäßig dick angebrachten Isolierschicht von 40 mm Stärke über eine Rohrlänge von 350 mm eine temperaturkonstante Zone von 70 mm (+ 50C) oberhalb von 100000 gemessen hat, kann man mit einer nach der Lehre der Erfindung aufgeteilten Isolierung (wie im Ausführungsbeispiel beschrieben) die temperaturkonstante Zone auf 140 mm (+ 500) verbreitern. Dies bedeutet gegenüber den herkömmlichen, direkt-beheizbaren Siliciumrohröfen eine Verdoppelung des Durchsatzes der zur Diffusion oder Temperung in den Ofen eingebrachten Kristallscheiben.
Zur Erreichung einer Diffusionstemperatur von ca. 1300°C wird eine Spannung von 10 V angelegt und eine Stromstärke von 150 A benötigt. Die Anheizperiode beträgt ca. 1 Stunde.
1 Figur 6 Patentansprüche

Claims

Patentansprüche 1Verfahren zum erstellen von aus Silicium oder Siliciumcarbid bestehenden, direkt-beheizbaren Rohröfen für Diffusionsprozesse in der Halbleitertechnik, bei. dem das Silicium- oder Siliciumcarbid-Rohr durch Abscheiden von Silicium oder Siliciumcarbid aus der Gasphase auf die Oberfläche eines erhitzten Trägerkörpers und anschließendes Entfernen dieses mrägerkörpers hergestellt wird, bei dem auf die Außenmantelfläche des durch Abscheidung hergestellten Silicium- oder Siliciumcarbid-Rohres mindestens teilweise eine dotierte Schicht aufgebracht wird, bei dem die Rohrenden im Bereich der Stromanschlüsse in Graphitbacken eingespannt werden, die von einem gut-leitenden Metall umschlossen werden, und bei. dem über dem Silisium- oder Siliciumcarbid-Rohr zwischen den Graphitbacken eine Isolierung aus einem thermisch stabilen Stoff angebracht wi.rd, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die thermische Isolierung so angebracht wird, daß sie von der Rohrmitte ausgehend zu den Rohrenden hin in Bezug auf ihre Schichtdicke verstärkt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e ke n n -z e i c h n e t , daß die Isolierung bezüglich ihrer Schichtdicke in zwei Zonen aufgeteilt wird, wobei der Mittelteil des Rohres eine Isolierschicht erhält, die geringer ist als die Isolierschichten an den beiden Rohrenden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der aus 1/3 der Rohroberfläche bestehende Mittelteil mit einer Isolierschicht versehen wird, welche etwa 1/2 mal so dick ist wie die zu je 1/4 die Rohroberfläche bedeckenden Isolierschichten im Bereich der Rohrenden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß auf ein 440 mm langes Siliciumrohr im Mittelteil des Rohres eine 150 mm lange und 20 mm starke Isolierschicht und an den beiden Rohrenden je eine 100 mm lange und 40 mm starke Isolierschicht aufgebracht wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Isolierschichten durch Aufbringen einer Aluminiva,sili.kat-Faser erzeugt werden.
6. Direkt-beheizbRrer Rohrofen aus polykristailinem Silicium zum Eindiffundieren von Dotierungsstoffen in Siliciumkristallscheiben, hergestellt nach einem Verfahren nach Anspruch 1 bis 5.