DE69727658T2 - Kontinuierlicher Ofen mit hohem Durchsatz für Diffusionsbehandlung mit verschiedenen Diffusionsquellen - Google Patents

Kontinuierlicher Ofen mit hohem Durchsatz für Diffusionsbehandlung mit verschiedenen Diffusionsquellen Download PDF

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Johan Nijs
Jozef Szlufcik
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    • H01L21/67109Apparatus for thermal treatment mainly by convection

Description

  • BEREICH DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Herstellen eines dünnen, ebenen Halbleitersubstrats, insbesondere einen offenen Durchlaufdiffusionsofen wie auch ein Verfahren zum Betrieb desselben für die Bearbeitung und Herstellung von Halbleiterbauelementen, insbesondere für die Bearbeitung und Herstellung von Solarzellen.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Bekannte Herstellungsvorgänge, wie in der US-A-5,527,389 beschrieben, die eine auf einer Flüssigkeit basierende Diffusionsquelle verwenden, die vorher auf ein Halbleitersubstrat aufgebracht wurde, benutzen Durchlauföfen mit einem offenen Transportband. Andererseits werden vertikale oder horizontale, geschlossene Quarzrohröfen typischerweise zur Diffusion von gasförmigen Quellen in der Stapelherstellung von Halbleiterbauelementen verwendet, wie beispielsweise in US-A-4,745,088 oder US-A-4,950,156 beschrieben. Stapelherstellung ist langsam aufgrund der Einrichtzeiten zwischen jedem Stapel. Es sind Versuche zur Ausführung von kontinuierlicher oder Teilstapelherstellung von Halbleitern gemacht worden, aber alle diese handelsüblichen verfügbaren Diffusionssysteme erbringen einen Durchsatz, der geringer ist als der für den zukünftigen Bedarf der Solarzellenindustrie geforderte.
  • Die Patentanmeldung US 4,803,948 offenbart eine Vorrichtung zur Wärmebearbeitung zur Herstellung von Halbleitern. Diese Vorrichtung weist eine Einrichtung zur Bildung eines sogenannten „Gasvorhangs" zur Unterbrechung des offenen Luftstroms in das offene Rohr auf.
  • Die europäische Patentanmeldung EP 0 489 179 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ätzen einer metallischen Schablone auf einem Substrat. Dieses einzelne Substrat wird Schritt für Schritt auf einer unterbrochenen Strecke durch eine Folge von voneinander isolierten Bearbeitungskammern transportiert. Das Substrat ist horizontal positioniert, um die Oberfläche zur Bearbeitung gegen das Ätz- oder Strip-Plasma auszurichten.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung sieht eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 vor.
  • Die vorliegende Erfindung schließt die Benutzung der obigen Vorrichtung für die Herstellung von Solarzellen mit ein.
  • Die vorliegende Erfindung sieht auch ein Verfahren gemäß Anspruch 12 vor.
  • Vorzugsweise ist der Bereich, welcher durch das Transportmittel pro Zeiteinheit überstrichen wird, kleiner als der Bereich der pro Zeiteinheit transportierten Substrate.
  • Die Substrate sind vertikal oder horizontal, oder in einer Schrägstellung zur Vertikalen auf einem Substratträger gestapelt. Dadurch erreicht man einen höheren Durchsatz als beim herkömmlichen flachen Herstellen beziehungsweise Be-/Verarbeiten von Wafern.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann verschiedene Herstellungsbereiche nach dem Ausbrennbereich aufweisen, beispielsweise vier Bereiche, wobei die Gasumgebung des ersten Bereichs eine gasförmige Diffusionsquelle zum Dotieren des Substrats und ein Inertgas und Sauerstoff aufweist, wobei die Gasumgebung des zweiten Bereichs ein Inertgas und Sauerstoff aufweist, wobei die Gasumgebung des dritten Bereichs eine gasförmige Diffusionsquelle zum Dotieren des Substrats und ein Inertgas und Sauerstoff aufweist, und die Gasphasenumgebung des vierten Bereichs ein Inertgas und Sauerstoff aufweist. Das System ist offen, das heißt, daß es wenigstens indirekt mit der die Vorrichtung umgebenden Atmosphäre in Berührung steht. Das offene System weist vorzugsweise keine Vakuumfallen oder luftdichte Kammern auf.
  • Das offene Durchlaufdiffusionssystem, welches im Folgenden beschrieben wird, erbringt einen hohen Durchsatz und liefert eine Vielfalt an Vorteilen gegenüber bestehenden Diffusionssystemen. Hinsichtlich Öfen mit Transportband ermöglicht das System die Anwendung von flüssigen oder festen Diffusionsquellen wie Schablonendruck einer Phosphorpaste vor dem Diffusionsvorgang. Das Trocknen und Ausbrennen von organischen Komponenten in einem ersten Abschnitt des Ofens ist lokal von den Hochtemperatur-Diffusionsbereichen getrennt, um Kontamination zu verhindern. Im Gegensatz zu Öfen mit Transportband werden die Substrate erfindungsgemäß vorzugsweise nicht horizontal auf einem Förderband angeordnet. Die Substrate werden vorzugsweise in Quarzschiffchen so eingebracht, daß der Durchsatz verglichen mit der herkömmlichen flachen Anordnung der Wafer erhöht ist. Zum Beispiel können die Wafer vertikal oder horizontal in den Schiffchen gestapelt werden. Dieses verhindert Kontamination durch Partikel auf dem Band und durch Partikel, die auf die Oberfläche des Substrats fallen könnten. Die vertikale oder horizontale gestapelte Anordnung der Wafer in der vorliegenden Erfindung erhöht den Durchsatz des Systems für einen gegebene Geschwindigkeit der Transportvorrichtung. Durch das erfindungsgemäße System können beide Diffusionsarten von festen und flüssigen Dotierungssubstanzen als auch sequentielles Dotieren von einer Gasatmosphäre vorgesehen werden. Eine Vielzahl von vorteilhaften Vorgängen kann durchgeführt werden, welche in herkömmlichen Diffusionssystemen nicht möglich sind. Besonders bei der Durchführung einer selektiven Diffusion in nur einem Diffusionsschritt ermöglicht das System der beschriebenen Neuerung zusätzliche Freiheit bei den Herstellbedingungen.
  • Die vorliegende Erfindung schafft ein System, welches für Duchlaufdiffusionsvorgänge verwendet werden kann, indem es einen Ofen mit verschiedenen Bereichen vorsieht, die individuell geheizt und individuell mit verschiedenen Gasatmosphären durchspült werden können. Die herzustellenden beziehungsweise zu bearbeitenden Substrate werden nacheinander durch diese unterschiedlichen Bereiche bewegt. Das Be- und Entladen der Substrate erfolgt an örtlich unterschiedlichen Positionen, vorzugsweise am Eingang und am Ausgang des Systems. Die Substrate sind typischerweise Halbleiterwafer und werden vorzugsweise vertikal in Quarzschiffchen eingebracht, um jeglichen direkten Kontakt mit der Transportvorrichtung zu vermeiden. Vorzugsweise ist der mechanische Kontaktbereich in den Schlitzen der reinen Quarzschiffchen auf ein Minimum reduziert. Der Transport der Quarzschiffchen selbst erfolgt idealerweise mittels einer Vorrichtung, die weder Partikel noch jegliche andere Kontamination in dem Ofen erzeugt, beispielsweise durch einen Balancier beziehungsweise Schwingbalken. Die vertikalen oder horizontalen Stapel von Substraten ergeben verschiedene Vorteile:
    • – Ein bedeutender höherer Durchsatz für den gesamten Systemumfang verglichen mit herkömmlichen Öfen mit Transportbändern kann erzielt werden, das heißt, daß der Bereich der pro Zeiteinheit übertragenen Substrate den Bereich übersteigt, welcher durch das Transportmittel pro Zeiteinheit überstrichen wird;
    • – die Substratoberflächen werden vor Partikeln geschützt, die in den Ofen fallen könnten (beispielsweise an Auslässen für Abgas beziehungsweise an Absaugungen);
    • – Wafer können Rücken an Rücken in denselben Schlitz eingebracht werden in Fällen, in denen nur eine Hauptoberfläche des Substrats in diesem Diffusionsschritt einer Diffusion unterzogen werden soll. Dieses minimiert ungewollte indirekte Diffusion der Rückseiten und verdoppelt den Durchsatz;
    • – die Substratoberflächen, auf welchen Diffusion erfolgt, werden parallel und vorzugsweise sich gegenüberliegend positioniert. Der Abstand zwischen diesen Oberflächen kann variiert werden, um die indirekte Diffusion von der Umgebungsgasphase aktiv zu regulieren, wo Substrate nur selektiv mit einer Diffusionsquelle bedeckt sind. Je kleiner der Abstand ist, desto höher ist die Konzentration der Dotierungsatome, die von der auf dem Substrat aufgebrachten Quelle in das Umgebungsgas zerstreut werden, welches die Substrate umgibt. Die Hauptoberflächen der Substrate berühren nur Teile der Transportvorrichtung an deren Rändern. Weiterhin berühren die Ränder der Substrate nur auswechselbare und zu reinigende Substratträger eher als daß sie flach auf ein Förderband gelegt werden, welches vor allem mit einer Hauptoberfläche des Substrats in Berührung kommt und zweitens von vorherigen Herstellschritten kontaminiert sein kann.
  • Der Diffusionsofen der Neuerung ermöglicht weiterhin eine aktive Abscheidung aus einer gasförmigen Diffusionsquelle in einem oder in verschiedenen Bereichen. Dieses schafft eine erhöhte Herstellungsflexibilität und ermöglicht die Auswahl einer Vielzahl von Durchlaufdiffusionsprozessen mit hohem Durchsatz:
    • a) Das System kann für einen Durchlaufdiffusionsprozess von gasförmigen Diffusionsquellen verwendet werden, wobei ein hoher Durchsatz erzielt wird. Abscheidung von einer gasförmigen Quelle kann bei Temperaturen unter der realen Diffusionstemperatur erfolgen, um eine homogenere Diffusion über der gesamten Substratoberfläche zu erzielen. Durch Einbringen einer gasförmigen Diffusionsquelle an verschiedenen Positionen in dem Diffusionsablauf ist es möglich, das Tiefenprofil der Dotierungssubstanzkonzentration nach der Diffusion (Diffusionstiefenprofil) leichter zu variieren. Zum Beispiel kann eine Diffusion mit einer niedrigen Dotierungssubstanzkonzentration aber mit einer tiefen Diffusionstiefe zu Beginn der Herstellungssequenz ausgeführt und eine sehr flache Diffusion mit hoher Oberflächenkonzentration gegen Ende der Sequenz hinzugefügt werden. Dieses ist für Solarzellenherstellung von besonderem Interesse, bei welcher Schablonendruckkontaktierungen solche Diffusionstiefenprofile erfordern. Das System ermöglicht weiterhin Prozesse, die vor dem Aufbringen einer organischen Dotierungspaste auf Teile des Substrats selektiv eine Schutzschicht oder -maske auftragen. Dieser Maskenlayer beziehungsweise diese Maskenschicht kann Diffusion in das Halbleitersubstrat verhindern. Diese Schicht oder dieser Maskenlayer kann zum Beispiel eine dicke Oxidschicht sein, welche beim Ausbrennen des organischen Materials aus der Paste gebildet wird. Die organischen Bestandteile werden in dem Trocknungs- und Ausbrennbereich am Anfang des Ofens ausgebrannt und kontaminieren die nachfolgenden reinen Diffusionsbereiche des Ofens nicht.
    • b) Das System kann als ein herkömmlicher Ofen mit Transportband zur Diffusion von flüssigen oder festen Diffusionsquellen benutzt werden, wie zum Beispiel schablonendruckbare Phosphorpaste. Die organischen Bestandteile dieser Diffusionsquellen werden in dem Trocknungs- und Ausbrennbereich am Anfang der Diffusionssequenz ausgebrannt. Die Substrate werden in ihrer vertikalen Lage in Quarzschiffchen viel besser vor Kontamination (Band, fallende Partikel, etc.) geschützt als in herkömmlichen Öfen mit Transportband, wobei der Durchsatz deutlich erhöht wird.
    • c) Das System ist sehr gut für Prozesse geeignet, bei welchen selektive Diffusion von einer Diffusionsquelle, die einerseits auf Teile des Substrats aufgebracht wird, und durch Ausdiffundieren von Dotierungsatomen von dieser Diffusionsquelle in die Gasatmosphäre und Wiedereintreten an Stellen des Substrats erfolgt, die weder von der Quelle oder irgend einer anderen Schicht geschützt sind (indirekte oder passive Diffusion). Auch für diese selektiven Diffusionsprozesse kann ein hoher Durchsatz erreicht werden. Zusätzlich gibt es die Möglichkeit der Manipulation der indirekten Diffusion über die Gasatmosphäre, indem der Abstand zwischen den bearbeiteten Substraten ausgewählt wird. Dieser Abstand hat einen Einfluss auf die Konzentration von Dotierungsatomen in der die Substrate umgebenden Gasatmosphäre, und deshalb auf die Höhe der indirekten Dotierung in dem Substrat.
    • d) Das System ermöglicht ebenfalls die Kombination von Diffusion von flüssigen oder festen Diffusionsquellen, die vorher auf das Substrat mit einer gasförmigen Diffusion aufgebracht wurden, in andere Substratbereiche, die keine vorher aufgebrachte Beschichtung mit einer Diffusionsquelle oder anderen Maskenlayer erhalten haben. Konsequenterweise ist es auch möglich, Diffusionen von gegensätzlichen Typen von Dotierungsatomen in derselben Prozessfolge zu haben. Die zusätzliche Verwendung einer gasförmigen Diffusionsquelle gibt einen großen Freiheitsgrad für selektive Diffusionsprozesse, in welchen die unterschiedlichen Diffusionsbereiche dann im Wesentlichen unabhängig voneinander manipuliert werden können.
  • Die Verwendung eines solchen Systems ist weiterhin nicht nur auf Diffusion beschränkt. Es kann durch einfaches Umschalten der Atmosphäre der verschiedenen Bereiche auf Sauerstoff für einen Durchlaufoxidationsvorgang benutzt werden. Es ist auch möglich, daß eine Oxidation direkt nach Diffusion in der gleichen Prozessfolge durchgeführt wird. Außerdem ist es möglich, einen Schritt mit chemischer Dampfablagerung (CVD) innerhalb desselben Ofens hinzuzufügen, um CVD-Schichten am Ende der Prozessfolge durch die entsprechende Gasatmosphäre in dem letzten (den letzten) Bereich (Bereichen) des Systems zu haben.
  • Die Erfindung schließt ein Durchlaufherstellungssystem mit ein, welches das Beladen von Substraten an einem Ort in dem System und das Entladen von ihnen an einem anderen Ort in dem System ermöglicht, und welches weiterhin ganz besonders geeignet ist, Diffusionen von flüssigen, festen und/oder gasförmigen Diffusionsquellen in einer Durchlaufsequenz auszuführen. Mindestens vier Prozesse mit hohem Durchsatz können für Halbleiterherstellung vorgesehen werden. Der erste Teil der Sequenz weist einen Bereich zum Trocknen und Ausbrennen auf welcher lokal von den anderen Bereichen in der Sequenz getrennt ist, wo organische Bestandteile von flüssigen oder festen Diffusionsquellen in einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre ausgebrannt werden, wohingegen die anderen Bereiche mit abschirmenden Inertgasen (beispielsweise Stickstoff oder Argon), oder mit Sauerstoff oder anderen Gasen durchspült werden können, wodurch in einem oder zwei Bereichen eine Abscheidung von einer gasförmigen Diffusion ausgeführt werden kann, wobei alle Bereiche Hochtemperaturheizeinrichtungen zum externen Heizen von Quarzrohren aufweisen. Ein erster Prozess kann eine Durchlaufdiffusion von einer flüssigen oder festen Diffusionsquelle sein, die auf den Substraten vorher aufgebracht und vorgetrocknet wurde, wobei die Substrate vertikal oder horizontal in reinen Trägern wie Quarzschiffchen gestapelt sind, gefolgt vom Befördern dieser Träger durch einen Trocknungs- und Ausbrennbereich mit einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre bei Temperaturen im Bereich von 300 bis 700 °C, und darauf durch einen weiteren Bereich oder weitere Bereiche, welche mit einem Inertgas bei typischen Temperaturen im Bereich zwischen 600 und 1200 °C, beispielsweise bei 800 °C, durchspült werden. Weitere optionale Bereiche können vorgesehen werden, die mit Sauerstoff durchspült werden.
  • Diffusion in die Substrate kann an allen Stellen erfolgen, auf welche die Diffusionsquelle aufgebracht worden ist. Ein zweiter Durchlaufdiffusionsprozess von einer gasförmigen Diffusionsquelle (wie POCl3) kann eingefügt werden, wobei die Substrate in einer vertikalen oder horizontalen Lage in kontaminationsfreien Behältern wie Quarzschiffchen beibehalten werden, und wo die gasförmige Diffusionsquelle in einer oder in mehreren aufeinanderfolgenden Bereichen des Durchlaufprozesses in das Substrat hineindotiert werden kann, wobei diese Bereiche getrennt sein können und/oder Bereich nachfolgen, welche das Einbringen der Dotierungsatome von der Diffusionsquelle in das Substrat in einer Inertgasatmosphäre ermöglichen. Ein dritter Prozess kann ein Durchlaufdiffusionsprozess sein, der später detaillierter beschrieben wird, bei welchem die Substrate vertikal oder horizontal in kontaminationsfreien Behältern wie Quarzschiffchen angeordnet werden, wobei alle drei Prozesse die Anwendung einer organisch basierten Schutzmaske ermöglichen, welche Diffusion an den Stellen der Substrate verhindert, auf denen sie aufgebracht wurde, und deren organische Bestandteile im ersten Teil des Systems in einem Trocknungs- und Ausbrennbereich in einer sauerstoffreichen Atmosphäre ausgebrannt werden. Ein vierter Prozess kann ein Durchlaufoxidationsprozess mit hohem Durchsatz sein, bei welchem ein thermisches Oxide auf dem Halbleitersubstrat gezüchtet wird beziehungsweise anwächst.
  • Die abhängigen Ansprüche definieren weitere Ausgestaltungen der Erfindung. Die Erfindung, ihre Vorteile und Ausführungsformen werden nun mit Bezug auf die folgenden Zeichnungen beschrieben.
  • BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 bis 2 zeigen schematische Ansichten der Vorrichtung und der Wafertransportvorrichtung gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform,
  • 3 bis 4 zeigen schematische Längs- und Querschnittsdarstellungen einer Vorrichtung einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform,
  • 5 zeigt einen für die vorliegende Erfindung geeigneten Substratträger, und
  • 6 bis 8 zeigen schematische Darstellungen eines erfindungsgemäßen Diffusionsvorgangs.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Die vorliegende Erfindung wird mit Bezug auf bestimmte Ausführungsformen mit Bezugnahme auf charakteristische Zeichnungen beschrieben, aber die Erfindung ist darauf nicht beschränkt, sondern nur durch die Ansprüche. Insbesondere wird die vorliegende Erfindung mit Bezug auf Solarzellen beschrieben, für welche sie besonders geeignet ist, aber die Erfindung ist darauf nicht beschränkt, sondern sie kann allgemeine Verwendung bei der Herstellung von Halbleitersubstraten finden.
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Halbleiterherstellung, die für verschiedene vorteilhafte Diffusionsprozesse mit hohem Durchsatz verwendet werden kann. 1A und 1B zeigen vereinfachte Ansichten des Ofens 10 und eines Substratträgers 40 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, die das neuartige Diffusionssystem aufweist. Der Ofen kann aufweisen: Einen ersten Prozessbereich 11, der zum Trocknen und/oder Ausbrennen von allen organischen Bestandteilen von einer Diffusionsquelle oder Maskenlayern verwendet werden kann, die auf den Wafersubstraten 30 vorher aufgebracht wurden. Organische Bestandteile von auf den Substraten 30 aufgebrachten Diffusions- oder Maskenquellen werden in diesem Bereich in einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre bei Temperaturen im Bereich von 300 bis 750 Grad C ausgebrannt, besonders bevorzugt sind ungefähr 500 Grad C. Der erste Bereich 11 ist lokal isoliert von den anderen Bereichen durch einen Abschnitt 12 des Ofens 10, um jegliche Kreuz-Kontamination zwischen dem ersten Bereich 11 und den anderen Bereichen 13 bis 17 und umgekehrt zu verhindern. Die Isolation kann durch geeignetes Durchspülen und Absaugen des Bereiches 12 erreicht werden. Die Bedingungen im Bereich 12, zum Beispiel Temperatur und Gasatmosphäre, können gesteuert werden, um optimale Startbedingungen für den nächsten Bereich 13 in der Sequenz zu erlangen. Insbesondere sollten die Bedingungen im Bereich 12 vorzugsweise gesteuert werden, um eine Zersetzung der verschmolzenen Dotierungssubstanzen nach dem Ausbrennbereich 11 zu verhindern, zum Beispiel, wenn Phosphorpaste als feste Dotierungssubstanzquelle für die Vor-Aufbringung auf Substrate 30 verwendet wird, ist es bevorzugt, Kontakt mit Befeuchtungsdampf im Bereich 12 zu verhindern.
    • – Die Substrate 30 bewegen sich nach dem Ausbrennen durch einen Isolierbereich 12 in einen Bereich 13, welcher mit Inertgas, Sauerstoff oder optional mit einer gasförmigen Diffusionsquelle gefüllt und durchspült werden kann. Dieser Bereich 13 kann auf die geeignete Temperatur reguliert werden, welche davon abhängig ist, ob in diesem Bereich schon eine Diffusion erfolgen soll, oder ob er nur zum Abscheiden und/oder als Temperatur-Anfahrbereich verwendet werden soll. Bereich 13 kann unabhängig mit einem Inertgas und/oder Sauerstoff gefüllt und durchspült werden, und er kann bis zu Temperaturen aufgeheizt werden, bei denen Diffusion von Dotierungsatomen in die Substrate auftritt, typischerweise in einem Bereich von 850 bis 1000 Grad C.
    • – Die Substrate 30 bewegen sich durch weitere Bereiche 14 bis 17, die unabhängig mit einem Inertgas und/oder Sauerstoff gefüllt und durchspült werden können, und die bis zu Temperaturen aufgeheizt werden können, bei denen Diffusion von Dotierungsatomen in die Substrate auftritt, typischerweise in einem Bereich von 850 bis 1000 Grad C.
    • – Jeder Prozessbereich 11 bis 17 kann von einem Schutzrohr umgeben sein, welches vorzugsweise inert ist, hohen Temperaturen widerstehen kann und leicht zu reinigen ist, zum Beispiel ein einzelnes oder verschiedene Quarzrohre 50 durchgehend über die Länge der Vorrichtung 10. Das Heizen des Quarzrohrs 50 kann mittels üblicher Heizelemente um das Quarzrohr herum oder mittels der Umwandlung des Lichts von IR-Lampen in Wärme auf einer Beschichtung auf der Außenseite des Rohrs 50 erfolgen. Wo Isolation zwischen den verschiedenen Bereichen zum Verhindern von Kreuz-Kontamination notwendig ist, kann dieses mit einem geeigneten Isolierbereich 12 zwischen den Bereichen und/oder mit einer angepassten Absaugsystem erreicht werden, welches die Gasdruckbedingungen entsprechend in den Bereichen reguliert, insbesondere den Fluss beziehungsweise die Strömung von abschirmenden Inertgasen um die Substrate 30 herum. Jedem dieser Bereiche 13 bis 17 kann ein weiterer Bereich folgen, welcher von einer gasförmigen Diffusionsquelle, von Inertgas und/oder Sauerstoff, durchströmt wird. Folglich kann ein späterer Bereich oder können spätere Bereiche zum Vorsehen einer zweiten Diffusion von einer gasförmigen Quelle verwendet werden, um beispielsweise eine hohe Dotierungsoberflächenkonzentration auf einem sehr flachen Teil eines Emitterbereiches beziehungsweise Emissionsbereiches zum Ende der Diffusionssequenz hin zu erzeugen. Diesem Bereich können weitere Bereiche folgen, welche mit Inertgas und/oder Sauerstoff durchspült werden, und welche auf eine Temperatur aufgeheizt werden können, bei der Diffusion auftritt.
    • – Die Heizbereiche 13 bis 17 können Ablagerungen von einer in die Bereiche eingeführten gasförmigen Diffusionsquelle ermöglichen. Diese Diffusionsbereiche 13 bis 17 können vorteilhafterweise zum Anfang und zum Ende der sequentiellen Diffusionssequenz hin angeordnet werden. Dieses ermöglicht Überlagerung von zwei verschiedenen Dotierungseindringtiefen (Diffusionstiefenprofil) durch ein homogene gasförmige Durchlaufdiffusion oder Hinzufügen von nur einem flachen Diffusionstiefenprofil für einen selektiven Diffusionsvorgang in den Bereichen, auf denen weder eine feste noch flüssige Diffusionsquelle aufgebracht wurde. Zum Beispiel kann Bereich 11 zum Trocknen und Ausbrennen von organischen Materialien aus den auf Feststoff basierenden Dotierungssubstanzen benutzt werden, die vorher selektiv auf Substrate 30 aufgebracht wurden. Bereich 30 kann ein Diffusionsbereich sein, welcher mit einer Mischung von Stickstoff, Sauerstoff und einer gasförmigen Dotierungssubstanz wie POCL3 zur Ablagerung der zweiten Dotierungssubstanz durchspült wird. Bereiche 14 und 15 können mit Sauerstoff und Stickstoff durchspült und zum Einbringen der Dotierungssubstanzen benutzt werden. Bereich 16 kann ein weiterer, mit Stickstoff, Sauerstoff und einer gasförmigen Dotierungssubstanz wie POCL3 durchspülter Diffusionsbereich für eine weitere Ablagerung einer dritten Dotierungssubstanz sein. Zone 5 kann mit Stickstoff und Sauerstoff durchspült und zum Einbringen der dritten Dotierungssubstanz benutzt werden.
    • – Das System weist ein kontaminationsfreies Transportsystem 21 für Substratträger 40, wie beispielsweise Quarzschiffchen, auf. Das Transportsystem 21 befördert die Träger kontinuierlich durch alle Bereiche 11 bis 17 einschließlich der Isolierbereiche 12 hindurch. Obwohl die vorliegende Erfindung kein Transportband aufweist, sollte das Transportsystem 21 vorzugsweise frei von Kontamination sein, wie es beispielsweise mit einer ,Schwingbalken'-Einrichtung beziehungsweise Balancier erreicht werden kann. Eine ,Schwingbalken'-Einrichtung beziehungsweise ein Balancier zur Verwendung in einem Ofen ist aus der US-A-5,449,883 bekannt, bei welcher horizontale Wafersubstrate angehoben und in der Prozessrichtung mittels zwei Stangensätzen befördert werden, die durch die geheizten Bereiche des Systems hindurch reichen. Bei einer Anpassung dieser Einrichtung an die vorliegende Erfindung werden die Substratträger 40 (zum Beispiel Quarzschiffchen) von einem ersten Satz von zwei oder mehr parallelen, beabstandeten Karbid- oder Quarzstangen angehoben, welche durch jedes Quarzrohr hindurchreichen, und die Stangen werden vorwärts bewegt, bevor sie unter einem zweiten Satz von zwei oder mehr Karbid- oder Quarzstangen abgesenkt werden, wodurch der Substratträger 40 dem zweiten Satz übergeben wird. Der zweite Satz hebt die Substratträger 40 erneut an und befördert sie vorwärts, wobei er sie dem ersten Satz wieder übergibt, der inzwischen in seine Neutralposition zurückgekehrt ist, und so weiter. Dieses Transportsystem 21 erzeugt selbst keine Kontaminationspartikel in dem Diffusionssystem. Die Bewegungseinrichtung für die Stangen kann außerhalb des Quarzrohr angeordnet sein. Für sehr lange Öfen kann die Bewegungseinrichtung in den Isolierbereichen zwischen den Prozessbereichen vorgesehen sein. Die oben beschriebene ,Schwingbalken'-Einrichtung beziehungsweise der Balancier erzeugt keine Partikel durch Reibung (wie beispielsweise durch Walzen und ein Transportband verursacht) und enthält keine metallischen Teile in den Heizbereichen, das heißt, es gibt keine Möglichkeit metallischer Kontamination bei den in den Bereichen benutzten hohen Temperaturen. Weiterhin sind die zwischen den Bereichen beförderten Teile nur die Substratträger 40 und die Substrate 30, wohingegen bei einem Transportband Teile der Transporteinrichtung auch zwischen den Bereichen passieren, wobei somit Kontaminationssubstanzen zwischen den Bereichen übertragen werden. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist die Kreuz-Kontamination zwischen Bereichen auf ein Minimum reduziert.
  • Die Substrate 30 werden vorzugsweise in die Quarzschiffchen 40 so eingebracht, dass ein höherer Durchsatz erreicht wird, verglichen mit anderen Durchlaufdiffusionsvorrichtungen wie Öfen mit Transportband mit horizontal angeordneten Wafern. Insbesondere können die Substrate 30 vertikal oder horizontal übereinander, oder in einer Neigung zur Vertikalen gestapelt werden. Bei einer vertikalen Stapelung können die Substrate 30 mit der Substratfläche in die Transportrichtung in einem Winkel dazu gestapelt werden. Ein geeigneter Substratträger 40 ist schematisch in 5 dargestellt. Idealerweise sollte der Substratträger 40 dünnen Stützelemente 40, 41, 42, 44 zur Ermöglichung freien Zugangs von Gas auf die Wafer 30. Die Wafer 30 sollten minimale Berührung mit dem Substratträger 40 haben, das heißt, in Schlitzen 43 angeordnet sein, die sie nur an ihren Rändern berühren, um Kontamination und Störung der Temperaturverteilung auf den Wafersubstraten 30 auf ein Minimum zu reduzieren. Die vertikale Lage der Substrate 30 hat die Vorteile, dass die Hauptoberflächen der Substrate 30 keine möglichen kontaminierten Teile des Systems berühren, und dass keine Partikel auf diese Oberflächen fallen können. Die Substrate 30 können Rücken an Rücken in den gleichen Schlitz 43 des Substratträgers 40 eingebracht werden, wobei die parasitäre Diffusion auf der Rückseite eines jeden Substrats 30 reduziert und der Durchsatz pro Schiffchen 40 verdoppelt wird. Der Abstand zwischen Substratflächen, die selektiv mit einer auf einer Flüssigkeit und/oder auf einem Feststoff basierenden Diffusionsquelle beschichtet sind, kann leicht durch Änderung der Ausführung der Schiffchen 40 verändert werden. Dieser Abstand bestimmt das Gasvolumen zwischen den Substraten 30, welches die Konzentration von Dotierungsatomen bestimmt, die aus der Diffusionsquelle in die Gasatmosphäre zwischen den beiden Substratoberflächen diffundieren. Die Substrate 30 können auch vertikal so angeordnet werden, dass die mit Dotierungssubstanzen beschichtete Oberfläche zu der unbeschichteten Seite des nächsten Substrats 30 weist. Beim Einbringen der Dotierungssubstanzen diffundieren die in die Gasatmosphäre zwischen den Substraten 30 gelösten Dotierungsatome indirekt in die unbeschichtete Oberfläche des Substrats 30, wobei sich eine fließende Verbindung beziehungsweise Grenzzone der Rückseite des Substrats gleichzeitig wie selektive Diffusion auf der Vorderseite des Substrats 30 von den selektiv aufgebrachten Dotierungssubstanzen ergibt. Die Gasströmung innerhalb der verschiedenen Bereiche 11 bis 17 ist homogen über den Substratoberflächen ausgebildet. Die Bedingungen von Substrat zu Substrat sind die gleichen, da die Substrate 30 sequentiell nacheinander die gleichen Bedingungen erfahren. Ein auf diese Weise ausgebildetes System ermöglicht eine Vielzahl von unterschiedlichen Durchlaufdiffusionsprozessen mit dem hohen Durchsatz, der für zukünftige Fertigungsstraßen von großvolumiger Solarzellenherstellung benötigt wird.
    • – Die Substrate 30 werden an unterschiedlichen Positionen be- und entladen (Eingang 5, Ausgang 6). Die Substrate 30 bewegen sich fortlaufend in der vertikalen oder horizontalen Position in Substratträgern 40 durch verschiedene Bereiche 11 bis 17 des Diffusionssystems, bevor sie an einem Ort 6 entladen werden, der ein anderer als der Beladeort 5 ist.
  • Das erfindungsgemäße System kann zum Beispiel für die folgenden Prozesse verwendet werden:
    • 1) Ein Durchlaufdiffusionsprozess von einer flüssigen oder festen Diffusionsquelle, die auf den Substraten 30 aufgebracht ist. Möglichkeiten zur Applikation der Diffusion sind beispielsweise Dickfilmtechniken wie Schablonendruck, bei denen eine flüssige Diffusionsquelle als Diffusionspaste, Spray oder aufgeschleudert angewandt wird. Die Quelle wird getrocknet, und organische Bestandteile werden in dem ersten Bereich 11 des Durchlaufsystems wie bei herkömmlichen Öfen mit Transportband ausgebrannt. Für das Ausbrennen wird eine sauerstoffreiche Atmosphäre benutzt, und Temperaturen um 500 Grad oder auch bis zu 700 Grad brennen alle organischen Bestandteile aus, ohne Diffusion oder Oxidation auszulösen. Die Substrate treten dann in verschiedene Hochtemperaturbereiche 13 bis 17 ein, welche von einem Inertgas wie Stickstoff und/oder Sauerstoff durchspült werden. Die Temperatur in dieser Bereichen 13 bis 17 kann Werte im Bereich von 800 bis 1100 Grad C annehmen, typischerweise von 850 bis 1000 Grad, um die Dotierungsatome von der Quellenschicht in die Substrate 30 zu diffundieren. Das vertikale Anordnen der vertikalen Position der Substrate 30 reduziert weiterhin das Kontaminationsrisiko durch Partikel, die auf die Substratoberflächen fallen könnten, falls dieses horizontal angeordnet wären. Das vorgeschlagene Diffusionssystem weist folglich einen reineren Diffusionsprozess und einen im Wesentlichen erhöhten Durchsatz im Vergleich mit bestehenden Diffusionssystemen mit auf einer Flüssigkeit und/oder auf einem Feststoff basierenden Diffusionsquellen auf.
    • 2) Ein Durchlaufdiffusionsprozess von gasförmigen Diffusionsquellen. In diesem Fall ist der Ausbrennbereich 11 nur wichtig, wenn eine organisch basierte Diffusionsmaske auf Teilen der Substratoberfläche aufgebracht wurde. In diesem Fall würde das Ausbrennen wie unter 1) beschrieben erfolgen. Andernfalls könnte dieser Bereich auch ausgeschaltet werden. Der erste Bereich 13 nach dem Ausbrennbereich wird mit einer gasförmigen Diffusionsquelle durchspült, um einen Dotierungsfilm auf der Substratoberfläche 30 abzuscheiden. Die Temperatur in diesem Bereich kann so niedrig wie 750 Grad sein, um einen relativ dicken Film von der Quelle abzuscheiden ohne die Diffusion schon zu starten. Dieses ermöglicht eine homogenere Diffusion in den nachfolgenden Einbringbereichen. Es ist jedoch auch möglich, schon Temperaturen von ungefähr 900 Grad zu benutzen, um den Diffusionsprozess gleichzeitig mit erfolgter Abscheidung zu starten, wenn die Quelle dergestalt eingebracht wird, dass sich daraus homogene Bedingungen über dem Substrat 30 ergeben. Dem Abscheidungsbereich folgen Einbringbereiche 14 bis 17, in welchen die Dotierungsatome von dem abgeschiedenen Film in das Substrat bei Temperaturen hineindiffundieren, die typischerweise im Bereich von 850 bis 1000 Grad C liegen. Diese Diffusionsbereiche 14 bis 17 werden typischerweise von einem Inertgas wie Stickstoff durchspült. Dieser erste Diffusion von einer gasförmigen Diffusionsquelle könnte ein zweiter Abscheidungsbereich folgen. In diesem Abscheidungsbereich wird zu einer anderen Zeit eine gasförmige Diffusionsquelle auf den Substraten abgeschieden. Typischerweise wird die Temperatur auf einem Wert beibehalten, der zum Auftreten von Diffusion hoch genug ist (atypischerweise 900 bis 1000 Grad C), aber es ist auch möglich, das Diffusionsglas wieder bei Temperaturen abzuscheiden, bei denen noch keine Diffusion auftritt (unter 800 Grad C), um eine größere Homogenität über der Substratoberfläche zu erzielen. Die letzten Bereiche sind dann Einbringbereiche, die typischerweise mit einem Inertgas wie Stickstoff durchspült und typischerweise auf Temperaturen um oder über 900 Grad C aufgeheizt werden. Das Abscheiden und Einbringen von gasförmigen Diffusionsquellen an zwei unterschiedlichen Orten des Diffusionssystems gibt mehr Freiheit in der Bestimmung des Diffusionstiefenprofils (Dotierungsatomkonzentration über Tiefe im Substrat). Es schafft beispielsweise die Möglichkeit, eine relativ tiefe Diffusion mit niedrigerer Dotierungsatomkonzentration in den ersten Bereichen des Systems und ein sehr flaches Dotierungsprofil mit hoher Oberflächenkonzentration im Endbereich des Diffusionssystems zu erzeugen. Solche Profile können leichter optimiert werden, wie zum Beispiel im Fall von Silizium-Solarzellen, bei denen Schablonendruckmetallisierung verwendet wird, um einen mit Phosphor dotierten Emitter zu kontaktieren. Die Metallisierung wird in diesem Fall ein Emitterprofil erforderlich machen, welches tief genug ist, um ein Shunting beim Bilden des Metallkontakts zu vermeiden, und welches eine hohe Oberflächenkonzentration von Dotierungsatomen aufweist, die die Bildung eines guten ohmschen Kontakts ermöglicht. Andererseits sollte der Emitter nicht über die gesamte Tiefe hochdotiert sein, da dieses in einem schlechten Wirkungsgrad der Solarzellen resultiert, wie in dem Fall, in dem der Emitter auf die beschriebene Weise durch zwei Abscheidungen gebildet wird. Weiterhin ist es möglich, dass die Endbereiche nach dem Abscheiden der gasförmigen Quelle eine Sauerstoffatmosphäre mit Temperaturen über 800 Grad aufweisen, woraus sich eine thermische Oxidation des Substrats ergibt. Dieses thermische Oxid kann als eine Defekt passivierende Schicht im Oberflächenbereich dienen. Verbinden von Oxidation und Diffusion in einem Prozessschritt vereinfacht die Prozesssequenz und vermeidet zusätzliche chemische Schritte zwischen diesen beiden Prozessschritten. Grundsätzlich kann die beschriebene Prozesssequenz in einem Stapelverarbeitungssystem mit einem geschlossenen Quarzrohr durchgeführt werden. Die Vorteile des vorgeschlagenen Systems sind ein viel höherer Durchsatz, ein kontinuierlicher Prozess und die zusätzliche Möglichkeit der Verwendung von organisch basierten Diffusionsmasken.
    • 3) Ein selektiver Durchlaufdiffusionsprozess wie später beschrieben. Nachdem eine Schablone von auf Flüssigkeit und/oder Feststoff basierender Diffusionsquelle selektiv auf einen Teil der Substratoberflächen aufgebracht wurde, durchlaufen diese Substrate 30 einen Trocknungs- und Ausbrennbereich 11 wie unter 1) beschrieben, um alle organischen Bestandteile aus der Diffusionsquelle zu entfernen. Die sich anschließenden Bereiche 13 bis 17 weisen typischerweise eine Inertgasatmosphäre bei erhöhter Temperatur von über 900 Grad C auf. Zwei Diffusionsprozesse beginnen gleichzeitig. Dotierungsatome diffundieren aus der Diffusionsquelle in das darunterliegende Substrat 30. Zusätzlich diffundieren Dotierungsatome von der selektiv aufgebrachten Quelle in die Gasphase und von dort aus in das Substrat 30 an den Stellen, an welchen keine Diffusionsquelle aufgebracht wurde. Die Konzentration, mit welcher die Diffusionsatome in das Substrat wieder eindringen, hängt in hohem Maße von dem Gasvolumen zwischen den benachbarten Substraten 30 ab, die in den Quarzschiffchen 40 parallel zueinander in vertikaler Stellung angeordnet sein und deren Oberflächen mit aufgebrachten Diffusionsquellen sich gegenüber stehen sollten. Der Abstand zwischen zwei Substraten 30 kann folglich ausgewählt werden, um diese indirekte Diffusion zu beeinflussen. Ist die Diffusionsquelle nur auf einer Substratseite aufgebracht, so ist es möglich, die Substrate Rücken an Rücken in den gleichen Schlitz 43 einzusetzen, um indirekte Diffusion von der Gasphase in die Rückseiten zu minimieren. Die Möglichkeit der Abscheidung einer gasförmigen Diffusionsquelle mit dem vorgeschlagenen System gibt einen weiteren Freiheitsgrad zur Manipulation der Diffusion in den Substratbereichen, die nicht von einer Diffusionsquelle bedeckt sind. Folglich ermöglicht der Prozess die Bildung von zwei oder mehreren verschiedenen Diffusionsbereichen nahezu unabhängig in nur einem Diffusionsprozess. Die gleichen wie unter 1) beschriebenen Vorteile bestehen für diesen Prozess zusammen mit dem zusätzlichen Vorteil für mehr Freiheit bei der selektiven Diffusion als im Vergleich mit Systemen, bei denen Substrate nicht parallel zueinander angeordnet werden können, wo keine gasförmige Diffusionsquelle zusätzlich eingebracht werden kann, wo keine Ausbrennzone vorgesehen ist, oder wo keine kontaminationsfreie Transportvorrichtung vorhanden ist.
  • Mit der Möglichkeit, alle Bereiche dieses Systems der Neuerung mit Sauerstoff zu durchspülen, kann es auch für einen thermischen Durchlaufoxidationsprozess mit hohem Durchsatz verwendet werden. Die unterschiedlichen Bereiche werden dann typischerweise auf Temperaturen im Bereich von 800 bis 1000 Grad C aufgeheizt.
  • Eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung wird mit Bezug auf 3 und 4 beschrieben. 3 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch einen Ofen 10 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung. Es werden jedoch nur die Bereiche 11 bis 13 dargestellt, weitere Bereiche 14 bis 17 können wie erforderlich hinzugefügt werden. 4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen der Bereiche 11, 13 bis 17 des Ofens 10. Der Ofen 10 weist einen äußeren Mantel 52 auf, der vorzugsweise thermisch isoliert ist. Innerhalb des Mantels sind Heizeinrichtungen 51 zum Heizen eines Quarzrohrs 50 angeordnet. Die Heizeinrichtungen 51 können Kontakt-, Konvektions- oder Strahlungsheizungen, das heißt Infrarotheizungen, sein. Vorzugsweise sind die Heizeinrichtungen 51 in einzelne, steuerbare Sektionen aufgeteilt, und die Temperatur in jedem Quarzrohr kann mittels geeigneter Temperatursensoren und Regler gesteuert werden, beispielsweise wie vom Prinzip her aus der US-A-5,449,883 bekannt. Innerhalb jedes Quarzrohrs 50 ist eine ,Schwingbalken'-Transportvorrichtung 21 beziehungsweise Balancier vorgesehen. Die Transportvorrichtung 21 kann aus durchgehenden Stäben gebildet sein, die sich von einem Ende der Vorrichtung 10 bis zum anderen erstrecken und durch an Anfang und am Ende der Vorrichtung 10 angeordnete geeignete Antriebe 22 angetrieben werden.
  • Optional können zusätzliche Antriebe 22' an Zwischenpunkten angeordnet sein, zum Beispiel innerhalb von Isolierabschnitten 12. Die Transportvorrichtung 21 weist mindestens vier Stangen 21a, 21b auf, welche durch die Länge eines Quarzrohrs 50 hindurchlaufen und in zwei Sätze 21a; 21b getrennt sind. Der Waferträger 40 wird zu jedem Zeitpunkt von einem der Sätze 21a und 21b getragen und befördert. Befestigte Quarzführungsstäbe 45 können vorgesehen sein, um eine Seitwärtsrutschen der Quarzschiffchen 40 zu verhindern. Bei sehr langen Öfen können die Stangen segmentiert ausgebildet sein, beispielsweise kann ein Satz der Stangen von dem vorhergehenden Quarzrohr am Ende eines jeden Quarzrohrs 50 mit einem Satz von Stangen von dem nächsten Quarzrohr überlappen, um einen kontinuierlichen Transport von einem Bereich in den anderen zu ermöglichen.
  • In jedes und aus jedem Quarzrohr 50 kann mittels einer Vielzahl von Rohren 23, 24, von denen in den 3 und 4 nur zwei dargestellt sind, Gas eingebracht und abgesaugt werden. Zur Beibehaltung der Atmosphäre und konstanter Umgebungstemperatur in jedem Quarzrohr können durch Antriebe 19 betätigte Schiebetüren 18 am Eingang und Ausgang des Ofens vorgesehen sein. Alternativ und optional können auch Zwischentüren 18' mit Antrieben 19' am Ende eines jeden Quarzrohrs 50 vorgesehen sein. Diese müssen die Enden der Rohre 50 wegen der Transportvorrichtung 21 nicht vollständig abdichten, aber eine bedeutende Reduzierung des offenen Eingangs und Eingangsbereichs vorsehen, womit die Belastung von Absaug- und Durchspülvorrichtung verringert wird. Für weitere Isolation zwischen den Abschnitten können Luftvorhänge 35 mit großen Durchmessern optional am Anfang und am Ende eines jeden Bereichs 11, 13 bis 17 oder Abschnitts 12 vorgesehen sein, um Kreuz-Kontamination zwischen den Bereichen zu verhindern. Ein für die Verwendung mit Wärmeverfahrenseinrichtungen geeigneter Luftvorhang mit großem Durchmesser ist aus der US 4,803,9548 bekannt. Die Isolierabschnitte 12 sind vorzugsweise lang genug ausgebildet, um mindestens ein Schiffchen 40 aufzunehmen. Dadurch wird es beiden Türen 18 ermöglicht, an jedem Ende des Isolierabschnitts 12 geschlossen zu werden, worauf ein Durchspülen dieses Abschnitts zum Beseitigen von Kontaminationsgasen folgt, bevor das Schiffchen 40 sich in den nächsten Prozessbereich bewegt. Die Bedingungen innerhalb des Isolierabschnitts 12, beispielsweise Temperatur und Gasatmosphäre werden gesteuert, um optimale Startbedingungen für den nächsten Bereich 13 zu erhalten. Zum Beispiel kann der Isolationsabschnitt 12 Heizeinrichtungen 51' aufweisen, und die Gase, die in den Isolierabschnitt 12 sowie in alle anderen Bereiche 11, 13 bis 17 einfließen, können vorerhitzt werden.
  • In 4 werden die Wafer 30 in vertikaler Aufstellung senkrecht zur Transportrichtung dargestellt, jedoch ist die Erfindung hierauf nicht beschränkt. Die Wafer 30 können parallel zur Bewegungsrichtung angeordnet werden, wobei es bevorzugt ist, ein Quarzrohr 50 mit einem quadratischen Querschnitt zu verwenden. Alternativ können die Wafer 30 horizontal einer über dem anderen gestapelt werden, wobei der letzte Wafer vorzugsweise durch eine Werkstoffscheibe vor dem Landen von fallenden Partikeln auf dem oberen Wafer 30 geschützt wird.
  • 6A bis E zeigen schematisch einen homogenen Durchlaufdiffusionsprozess von einer gasförmigen Diffusionsquelle. Vor dem Einbringen des Halbleitersubstrats 1 in das Diffusionssystem kann ein Maskenlayer 2 auf einige Bereiche des Substrats 1 (6B) aufgebracht werden. Im Ausbrennbereich 11 des Diffusionssystems werden die organischen Bestandteile des Maskenlayers ausgebrannt. Der resultierende Layer 3 dient dann als Maske für Diffusion von einer gasförmigen Quelle. Ein diffundierter Layer 4 wird an allen Stellen gebildet, die nicht von der Maske bedeckt sind (6C). Eine zweite Zufuhr einer gasförmigen Diffusionsquelle gegen Ende des Prozesses kann zu einem modifizierten Diffusionsbereich 5 in dem diffundierten Bereich 4 nahe der Oberfläche führen (6D). Nach Entladen des Substrats 1 werden die Maskenlayer von den Stellen entfernt, an welchen keine Diffusion aufgetreten ist (6E).
  • 7A bis G zeigen schematisch einen homogenen Durchlaufdiffusionsprozess von einer auf Flüssigkeit und/oder Feststoff basierenden Diffusionsquelle. Optional kann ein Maskenlayer 2 auf einige Bereiche des Substrats 1 aufgebracht und in einem separaten Trockner (7B und C) getrocknet werden. Auf das Substrat 1 mit dem getrockneten Maskenlayer 3 wird eine auf Flüssigkeit und/oder Feststoff basierenden Diffusionsquelle 4 aufgebracht (7D). Alle organischen Bestandteile dieser Layer 4 und 3 werden im Ausbrennbereich 11 des beschriebenen Diffusionssystems der Neuerung ausgebrannt (7E). Wenn das Substrat 1 die Diffusionsbereiche 13 bis erreicht, die typischerweise von einem Inertgas wie Stickstoff durchspült und auf Temperaturen von über 900 Grad aufgeheizt sind, diffundieren Dotierungsatome von dem getrockneten modifizierten Diffusionslayer 5 in das darunterliegende Substrat 1 und erzeugen einen Diffusionsbereich 6 (7F). In dieser Figur ist nicht dargestellt, dass gleichzeitig in Bereichen, die nicht von der Diffusionsquelle 5 oder dem Maskenlayer 3 geschützt sind, eine leichte Diffusion über ein Ausdiffundieren von Dotierungsatomen aus der Diffusionsquelle 5 in die umgebende Gasatmosphäre auftreten kann. Nach Entfernen des Maskenlayers 3 und der Diffusionsquelle 5 weist das Substrat 1 einen diffundierten Layer 6 an allen Stellen auf, auf welchen die Diffusionsquelle 5 aufgebracht war (7G).
  • 8A bis E zeigen schematisch einen selektiven Durchlaufdiffusionsprozess. Zwei oder mehr unterschiedlich dotierte Bereiche können gleichzeitig erlangt werden, indem absichtlich der Effekt genutzt wird, dass Dotierungsatome aus den auf Flüssigkeit und/oder Feststoff basierenden Diffusionsquellen in die Gasatmosphäre diffundieren und von dort in das Substrat wieder eintreten, wo es direkt der Gasatmosphäre ausgesetzt ist. Zuerst wird eine Schablone einer Diffusionsquelle 2 selektiv auf Teile des Halbleitersubstrats 1 aufgebracht, indem beispielsweise Techniken wie Schablonendruck einer Diffusionspaste (8B) benutzt wird. Wenn das Substrat 1 den Ausbrennbereich 11 Diffusionssystems durchläuft, werden alle organischen Bestandteile der Diffusionsquelle 2 herausgebrannt, woraus der Diffusionslayer 3 resultiert, aus welchem Dotierungsatome in den folgenden Diffusionsbereichen 13 bis 17 in einer relativ hohen Konzentration in das darunterliegende Substrat 1 diffundieren, wobei sie Diffusionsbereiche 4 erzeugen. Gleichzeitig findet an anderen Stellen 5 auch eine Diffusion statt, welche keine Beschichtung mit einer Diffusionsquelle erhalten haben (8C). Diese Diffusion rührt von Dotierungsatomen her, welche zuerst in die Gasatmosphäre diffundieren, die die Diffusionsquelle 3 umgibt, und dann von dort in das Halbleitersubstrat 1 zurück diffundieren. Der Grad, mit dem die indirekte Diffusion über die Gasatmosphäre auftritt, hängt von dem Abstand benachbarter Substrate 1 in den Quarzträgern 40 ab, da dieser die Dotierungskonzentration in dem Gasvolumen um die Substrate 1 bestimmte. Die indirekt dotierten Bereiche 5 sind gewöhnlich flacher und schwächer dotiert als die Bereiche 4 unterhalb der Diffusionsquelle 3. Es ist möglich, die Diffusion in diesen Bereichen leichter durch Einbringen einer gasförmigen Diffusionsquelle in einem oder verschiedenen Bereichen 13 bis 17 des Durchlaufdiffusionsprozesses zu beeinflussen, mit dem Resultat eines diffundierten Layers 6 (8D). Dieser Prozess ermöglicht eine Optimierung der Diffusionsbereiche 4 und 6 nahezu unabhängig voneinander. Nach der Diffusion wird der Quellenlayer 3 gewöhnlich von dem Substrat 1 entfernt (8E).
  • Während die Erfindung mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, ist es für den Fachmann selbstverständlich, dass verschiedene Änderungen oder Modifikationen in Form und Detail gemacht werden können, ohne den Rahmen und die Idee der Erfindung zu verlassen.

Claims (13)

  1. Vorrichtung (10) zum offenen Verarbeiten von dünnen, ebenen Halbleitersubstraten (30) mit: einem ersten Abschnitt (11), welcher zum Trocknen und/oder zum Ausbrennen von organischen Komponenten aus den Substraten (30) bei einer Temperatur, welche zum Trocknen und/oder zum Ausbrennen der organischen Komponenten hoch genug ist, ausgebildet ist; und einem zweiten Abschnitt mit einer Vielzahl an Verarbeitungsbereichen (13, 14, 15, 16, 17), wobei der zweite Abschnitt örtlich isoliert (12, 1819) von dem ersten Abschnitt (11) ist, welcher zum Verhindern einer Kontamination des zweiten Abschnitts durch flüchtige Produkte aus dem ersten Abschnitt (11) ausgebildet ist, wobei jeder Bereich des zweiten Abschnitts zum Ausführen eines Schrittes einer Verarbeitungsabfolge geeignet ist, wobei jeder Bereich Mittel zum Liefern einer Gasumgebung (23, 24) darin und zum Erwärmtwerden (51) auf eine bestimmte Temperatur aufweist; dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (10) ferner Transportmittel (21, 50) zum Transportieren der Substrate (30) in einem vertikalen oder horizontalen Stapel oder in einer gestapelten Schrägstellung zu der Vertikalen auf einem Substratträger (40) durch den ersten Abschnitt und durch die Verarbeitungsbereiche des zweiten Abschnitts mit einer im wesentlichen continuierlichen horizontalen Bewegung aufweist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Substratträger derart angepaßt ist, daß der Bereich der pro Zeiteinheit übertragenen Substrate den Bereich übersteigt, welcher durch das Transportmittel pro Zeiteinheit überstrichen wird.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Substrate auf einem entfernbaren Substratträger transportiert werden.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in der verschiedene Gasumgebungen innerhalb der Vielzahl an Bereichen durch einen abschirmenden Inertgasfluß voneinander getrennt sind.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in der die Vielzahl an Bereichen unterschiedliche Bereiche in einem Quarzrohr sind, wobei die Bereiche durch einen abschirmenden Inertgasfluß voneinander getrennt sind.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in der das Halbleitersubstrat ein auf einer Flüssigkeit oder einem Festkörper basierendes Diffusionsquellmaterial aufweist, wobei das Diffusionsquellmaterial die organischen Komponenten beinhaltet.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in der das Halbleitersubstrat eine Maskenschicht aufweist, wobei die Maskenschicht die organischen Komponenten beinhaltet.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in der die Gasumgebung in einem oder mehreren Bereichen des zweiten Abschnitts gasförmige Diffusionsquellen zum Dotieren des Substrates aufweist.
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in der die Gasumgebung in einem oder mehreren Bereichen des zweiten Abschnitts ein Inertgas aufweist.
  10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in derdie Gasumgebung in einem oder mehreren Bereichen des zweiten Abschnitts Sauerstoff aufweist.
  11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in der das Transportmittel einen Balancier aufweist.
  12. Verfahren zum offenen Bearbeiten von dünnen, ebenen Halbleitersubstraten (30), welches eine Vielzahl an sequentiellen Hochtemperatur-Verfahrensschritten aufweist, mit folgenden Schritten: Entfernen von organischen Komponenten aus den Substraten bei einer Temperatur, welche hoch genug zum Entfernen der Komponenten ist; und mit weiteren Hochtemperatur-Verfahrensschritten, wobei die weiteren Hochtemperatur-Verfahrensschritte örtlich isoliert von dem Schritt des Entfernens der organischen Komponenten sind, um eine Kontamination der weiteren Hochtemperatur-Verfahrensschritte durch flüchtige Produkte aus dem Schritt zum Entfernen der organischen Komponenten zu verhindern; und Transportieren der Substrate durch eine Vielzahl an sequentiellen Hochtemperatur-Verfahrensschritten in einem vertikalen oder horizontalen Stapel auf einem Substratträger mit einer im wesentlichen continuierlichen horizontalen Bewegung.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der durch den Substratträger pro Zeiteinheit überstrichene Bereich geringer ist als der Bereich der in einer Zeiteinheit transportierten Substrate.
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