DE8302957U1 - Vorrichtung zur Hitzebehandlung von Halbleitersubstraten und dergleichen - Google Patents

Vorrichtung zur Hitzebehandlung von Halbleitersubstraten und dergleichen

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DE8302957U1
DE8302957U1 DE8302957U DE8302957DU DE8302957U1 DE 8302957 U1 DE8302957 U1 DE 8302957U1 DE 8302957 U DE8302957 U DE 8302957U DE 8302957D U DE8302957D U DE 8302957DU DE 8302957 U1 DE8302957 U1 DE 8302957U1
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Helmut Seier 7760 Radolfszell De GmbH
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    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
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Description

GLAWE, DELFS, MOLL & PARTNER: '· *'.: .!*·'.' PATENTANWÄLTE
EUROPEAN PATENTATTORNEYS RICHARD QLAWE KLAUS OELFS DRnNG. O)PLHNa ULRICHMENGOEHL WALTER MOLL WPL-CHSM. OH. REd NAT.
0IPL-PHYS. DR. RER. NAT. HEINRICH NIEBUHR
tf _ . _ . _ , ,, OFF. BEST. DOLMETSCHER OIPL-PHVS. OR. PHM. HABIL.
Helmut Seier GmbH
Kasernenstraße 91
Radolfzell eooo München μ ax» Hamburg
POSTFACH 162 POSTFACH 2S LIEBHERRSTR. 20 ROTHENBAUM- TEL (O ββ) 22 65 48 CHAUSSEE 58 TELEX S 22SOSSPEZ TEL (040) «102008 TELECOPIER (089) 223938 TELEX 212921 SPEZ
MÜNCHEN A 32
Vorrichtung zur Hitzebehandlung
von Halbleitersubstraten und dergleichen
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Hitzebehandlung von Halbleitersubstraten, wie z. B. Siliziumplättchen, speziel eine Vorrichtung, mit der auf Siliziumplättchen Schichten von Silizium, Polysilizium, Siliziumnitrit, Siliziumdioxid und dergleichen durch Aufdampf verfahren, z. B. Epitaxieverfahren aufgebracht werden. Die Erfindung kann auch Anwendung finden bei anderen Hitzebehandlungen zum Zwecke von Diffusion, Oxidation, Verglühung, Ablagerung, Legieren und dergleichen.
BANlC ORESONB» BANK. HAMBURG -5030448 (BLZ«ÖO«»<X» S^ärSClrfci«. H*MBÖSG M7607-200 (BLZ 20010020) TELEGRAMM. SPECHTZIES
Herkömmliche Vorrichtungen dieser Art wiesen üblicherweise einen Hochteffiparaturofen auf, der ein horizontal angeordnetes Rohr aus hochreinem Quarz aufweist, in welches auf der einen Seite ein Prozeßgas, welches den Behandlungsdampf mit sich führt, eingeführt wird und &m anderen Ende wieder abgesaugt wird. Dieses Quarzrohr kann betrieben werden bei Atmospärendruck oder unter Unterdruck, typischerweise 200 - 800 Millitorr. Die Siliziumplättchen sind auf Trägern aus Quarz angeordnet, die üblicherweise Boote oder Schlitten genannt werden, und diese Träger werden durch Schieben in die Heizzone des Rohres eingeführt. Es ist wohl bekannt, daß bei den herkömmlichen Hitzebehandlungsvorrichtungen die Verluste sehr hoch sind und die Ausbeute von hochqualitativen, fehlerlosen Plättchen sehr gering, typischerweise unter 20 %, ist. Einander Hauptgründe für diese Verluste ist, daß kleine zusammengebackene oder feste Teilchen durch die Schicht ausgebildet werden können und von dieser Schicht abfallen können, welche durch Dampfablagerung auf der Oberfläche des Rohres und des Trägers entstanden ist, und daß solche Teilchen auf den Siliziumplättchen haftenbleiben. Ein anhaftendes Teilchen von der Größe nur eines Microns kann ausreichend sein, um das Plättchen für die v/eitere Benutzung unbrauchbar zu machen, speziel wenn das Plätt-
chen vorgesehen ist für eine Halbleitervorrichturig mit hochintegrierten MOS Schaltkreisen. Ein weiterer Grund für Ausfälle und Verluste kann resultieren aus übermäßigen, ungesteuerten Abweichungen der Temperaturverteilung im Rohr von einem gewünschten Teraperaturprofil.
Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, durch welche bzw. in welcher Halbleitersubstrate und dergleichen behandelt werden können ohne hohe Ausfallquoten, d. h. in welcher die Ursachen für die oben genannten Verluste wesentlich herabgesetzt und somit die Ausbeute brauchbarer Halbleitersubstrate erheblich erhöht ist.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung für Hitzebehandlung von Halbleitersubstraten, mit einem Rohr, einer Heizvorrichtung zum Aufheizen mindestens eines Teils des Rohrs, einer Zuführ- und Absaugvorrichtung für Prozeßgas und/oder -dampf zu bzw. vom Heizrohrteil und mit einer Vorschubvorrichtung zum Ein und Ausfahren des Substratträgers in den und aus dem geheizten Rohrteil dadurch gelöst, daß mindstens der geheizte Teil des Rohres mit seiner Achse im wesentlichen vertikal angeordnet ist und daß die Vorschubvorrichtung eine Stütz- und Hebevorrichtung enthält, die so ausgestaltet und angeordnet ist, daß sie
den Träger ohne Kontakt mit der Außenwandung des Rohres abstützen, absenken und anheben kann.
Durch die heuerungsgemäße Ausgestaltung und Anordnung des Heizrohrs und der Vorschubvorrichtung ist gewährleistet, daß ein mechanischer Kontakt zwischen dem Substratträger und der Rohrwandung, durch welchen durch Dampfablagerung entstandene Teilohen oder Flocken von der Wand oder dem Träger abgeschabt werden könnten, völlig vermieden ist. Auf diese Weise bleibt die oben erwähnte Verunreinigung der Siliziumplättchen und dergleichen völlig aus, wodurch die Ausbeute an brauchbaren Plättchen erheblich erhöht wird, ohne daß nach dem Aufdampfen komplizierte chmische Waschvorgänge oder dergleichen notwendig wären.
Vorteilhafterweise wird bei einem derartigen vertikal angeordneten Heizrohr auch der Prozeßgasstrom in vertikaler Richtung aufwärts oder abwärts durch das Heizrohr geleitet. Dies hat den zusätzlichen Vorteil, daß überraschenderweise das Temperaturprofil im Heizrohr mit viel größerer Genauigkeit gesteuert und aufrechterhalten werden kann, als in eineij Horizontalrohr, und daß so ungesteuerte Abweichungen vom gewünschten Temperaturprofil, die eine ungleichmäßige Dampfablagerung auf den Plättchen verursachen würde, wirksam reduziert werden kann.
Vorteilhafterweise werden die Halbleitersubstrate oder Plättchen im Träger vertikal so angeordnet, daß sie voneinander beabstandet und zueinander parallel gehalten werden.
Vorteilhafterweise ist dafür der Träger so ausgestaltet, daß er zwei Bndstücke aufweist, die miteinander verbunden sind durch drei oder vier Längsstäbe, um eine trogförmige Struktur zu bilden,· die auf der einen Seite für das Einführen der Plättchen offen ist, und außerdem weist der Träger einen Sperrstab auf, der durch zwei Öffnungen in den Endstücken eingeschoben werden kann in eine Stellung parallel zu den Längsstäben, in der er mit den oberen Kanten der eingeführten Plattchen im Eingriff steht, um so zu verhindern, daß die Plättchen aus der trogförmigen Struktur herausfallen. Es können vorteilhafterweise äquidistante Schlitze oder Kerben in den Stäben vorgesehen sein, um die Plättchen in ihrer beabstandeten Anordnung festzulegen. Der Träger kann dann durch eine Aufhängevorrichtung, die im Eingriff mit einem der Endstücke steht, so aufgehängt werden, daß seine Achse im wesentlichen vertikal verläuft.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und werden besehrieben unter
Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Trägers oder Boots für Halbleiterplättchen gemäß der Erfindung,
Fig. 2 und 3 in vergrößertem Maßstab eine Endansicht und Seitansicht des Trägers von Fig. 1,
Fig. 4 eine schematische Seitenansicht der Hitzebehandlungsvorrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform',
Fig. 5 eine scher atisehe Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,und
Fig. 6 und 7 eine Draufsicht und Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform des Trägers.
Der Träger oder das Boot 1 von Fig. 1 bis 3 ist ganz aus Quarz hergestellt und weist zwei Endstücte2, 3 auf , die im wesentlichen fünfeckig ausgestalten sind, und die an vier von ihren fünf Ecken miteinander verbunden sind durch vier parallele Längastäbe 4 um so eine starre trogfönnige Struktur zu bilden, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist,
die zur Oberseite hin geöffnet ist, so daß im wesentlichen kreisscheibenförmige Plättchen 5 eingeführt werden können. Die Längsstäbe 4 sind mit Schlitzen oder Kerben 6 versehen, in die die Kanten der Plättchen 5 eingreifen können um die Plättchen 5 in im wesentlichen paralleler äquidistanter Anordnung festzulegen. Die Oberecke eines Jeden Endstücks 2, 3 ist mit einer Öffnung 7 versehen, in welche ein Sperrstab 8 eingeführt werden kann, so daß er sich parallel zu den Längsstäben 4 erstreckt und im Eingriff steht mit den normalerweise abgeplatteten oberen Kanten 9 der Plättchen 5, um diese in ihrer Stellung im Träger 1 festzulegen.
Eines der Endstücke 2, 3 ist mit einem Querstab 10 versehen, in den ein Aufhängehaken eingreifen kann, um den Träger 1 in einer Stellung aufzuhängen, in welcher seine Achse im wesentlichen vertikal verläuft und die Plättchen 5 im wesentlichen horizontal angeordnet sind mit vertikalem Abstand voneinander.
Der Träger 1, der, wie in Fig. 1 bis 3 dargestellt, mit den Siliziumplättchen 5 beladen ist, kann in einer der Heizbehandlungsvorrichturvgen Verwendung finden, die im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 4 und 5 beschrieben werden.
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Die Vorrichtung von Fig. 4 ist eine Vorrichtung zur Hitzebehandlung und dergleichen der Plättchen unter Atmosphärendruek. Eine typische Anwendung einer solchen Vorrichtung ist die Diffusion, Oxydation, Weichglühen oder Veredeln» oder Legierung, und die Behandlung kann in Anwesenheit eines Prozeßgases und mit einer Temperatur typischerweise im Bereich zwischen 400°und 1200° C durchgeführt werden.
Bezugszeichen 11 beschreibt einen Ofen mit geeigneter Hitzeisolation, der ein Prozeßrohr 12 aus Quarz enthält, welches umgeben ist von einem Heizelement 13. Das Prozeßrohr 12 ist mit seiner Achse im wesentlichen vertikal angeordnet. Das Unterende des Prozeßrohrs 12 ist mit einer Verbindung 14 für die Prozeßgaszuführung verbunden. Das obere Ende des Prozeßrohrs 12 kann durch einen Deckel 15 verschlossen werden, welcher eine Ablaßöffnung 16 hat, welche sich in eine Absaugvorrichtung 17 öffnet, durch welche das Prozeßgas über ein Absaugrohr 18 abgeführt wird. Eine Aufzug-oder Liftvorrichtung 19 ist in geeigneter Stellung neben dem Ofen 11 angeordnet und hat einen Hebearm oder Galgen 20 an welchem der Träger oder Boot 1 mit den Siliziumplättchen 5 aufgehängt werden kann mit Hilfe eines Quarzdrahts oder -stabs 21, der mit einer Hakenvorrichtung 22 versehen sein kann, um mit dem Querstab 10 des Trägers 1 in Eingriff zu kommen, wie dies
bereits im Zusammenhang mit den Fig. 1 bis 3 beschrieben worden \ ist. Der Deckel 15 kann auch mit dem Quarzstab 21 verbunden sein, um so am Arm 20 aufgehängt zu sein. Wenn der Träger 1 in das Rohr 12 abgesenkt wird, wird gleichzeitig automatisch der Deckel 15 abgesenkt in seine Schließstellung, wodurch auch die vorbestimmte Stellung des Trägers 1 im Prozeßrohr 12 festgelegt wird.
Eine Aufzug-oder Liftvorrichtung 19 von irgendeiner geeigneten Art gewährleistet ein präzises und im wesentlichen erschütterungsfreies Anheben und Absenken des Arms 20 und des daran aufgehängten Trägers 1. Z. B. kann die Aufzugvorrichtung 19 eine drehbare Schraubenspindel aufweisen, die im Eingriff steht mit einer mit dem Arm 20 verbundenen Mutter. Alternativ kann der Aufzug 19 eine pneumatische oder hydraulische Anhebe- und Absenkvorrichtung für den Arm 20 aufweisen.
Die Vorrichtung von Fig. 5 ist eine Vorrichtung für die Hitzebehandlung von Siliziumplättchen bei Unterdruck, typischerweise für Niederdruck chemische Dampfdeposition. Typische Behandlungsdrucke liegen im Bereich von 0,2 bis 1 Torr und die üblichen Behandlungstemperaturen im Bereich von 600° bis 950° C.
Die allgemeine Struktur der Vorrichtung ist ähnlich der von Fig. 4 und entsprechende Teile sind mit den gleichen Be-
zugszeichen bezeichnet und werden nicht noch einmal beschrieben. Das Quarzprozeßrohr 12 mit der vertikalen Achse ist an seinem oberen Ende mit einer Vakuumpumpe 23 verbunden, um im Rohr 12 den gewünschten Unterdruck aufrechtzuerhalten. Das obere Ende des Rohrs 12 ist durch den Deckel 15 abgedichtet, welcher auf einem Vakuumdichtring 24 aufsitzt, der die öffnung des Rohres 12 umgibt. Der Deckel 15 und der Träger 1 sind wiederum aufgehängt am Arm 20 der Aufzugsvorrichtung 19. um so in das Rohr 12 abgesenkt oder aus dem Rohr angehoben werden zu können ohne Jede Berührung mit der Innenwandung des Rohrs 12.
Es ist für den Fachmann klar, daß Modifikationen der beschriebenen Ausführungsformen oder andere Realisations-Möglichkeiten für die Erfindung möglich sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Z. B. kann der Sperrstab 8 ein geschmeidiger Stab ohne Positionierungsschlitze oder Kerben 6 sein. Alternativ kann der Sperrstab 8 eine abgeflachte Seite ohne Schlitze oder Kerben haben und einen Umfangsteil, der mit Schlitzen oder Kerben 6 versehen ist, wobei in diesem Falle der Stab 8 so in die öffnungen 7 eingeführt wird, daß die abgeflachte Seite zu den Plättchenkanten 9 weist, und nach Einführung kann der Stab 9 um seine Längsachse gedreht werden, um die Schlitze oder Kerben 6 in Eingriff mit den Plättchen 5 zu bringen.
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Der Träger, wie er in Fig. 6 und 7 gezeigt ist, xst auch für die Benutzung in der Vorrichtung von Fig. 4 und 5 vorgesehen. Er kann zur Gänze aus Quarz hergestellt sein. Der Träger 30 hat einen sechseckigen Querschnitt und besteht aus zwei Hälften 31, 32. Jedo Hälfte besteht aus einem oberen und unteren Endstück 33» 34,die jeweils eine Hälfte des sechseckigen Rahmens bilden, und drei Verbindungsstäben 35. DurOh Zusammenfügen der zwei Hälften in der Halbierungsebene 36 kann ein sechseckiger Käfig hergestellt werden. Die Endflächen der Endstücke einer der beiden Hälften kann versehen sein mit vorstehenden Zentrierstiften 37, die in entsprechende Zentrierausnehmungen der anderen Hälfte eingreifen. Der mittlere Verbindungsstab 35' einer der beiden Hälften ist nicht fest mit den Endstücken verbunden, sondern lose eingeschoben in eine Öffnung der Endstücke. Er ist in gleicher Weise eingeschoben in Öffnungen einer oberen und unteren Verbindungsklammer 38, 39, die fest mit den Endstücken der anderen Hälfte 33, 34 verbunden ist. Die obere Verbindungsklammer oder Halterung ist mit einer Ausbuchtung 38 versehen, in die die Hakenvorrichtung 22 der Vorrichtung von Fig. 4 und 5 eingreifen kann.
Nach dem Herausziehen des Stabs 35' können die zwei Hälften des sechseckigen Käfigs getrennt werden. Die Plättchen 40 können dann in die Kerben 51 der Stäbe 35 der einen Hälfte
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des Käfigs eingeführt werden und die andere Hälfte 32 kann dann wieder so plaziert werden, daß die Plättchen durch fünf Stäbe 35 gehalten und plaziert werden. Durch Einführen des sechsten Stabes 35', der keine Kerben aufweist, werden dann die beiden Hälften miteinander verriegelt und der ganze Käfig oder Träger, gefüllt mit Plättchen 40 kann in die Behandlungsvorrichtung abgesenkt werden.
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Claims (8)

1. Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Halbleitersubstraten, wie z, B. Siliziumplättchen, bestehend aus einem von einer rohrförmigen Wand umgrenzten Behandlungsgefäß, das durch eine Heizvorrichtung heizbar ist und Anschlüsse zum Ein-oder Durchleiten eines gasförmigen Behandlungsmediums aufweist, einem Halter für eine Vielzahl von Halbleiterscheiben, und einer Vorschubeinrichtung zum Ein- und Ausfahren des Halters in den bzw. aus dem Behandlungsraum, dadurch gekennzeichnet , daß die das Behandlungsgefäß begrenzende rohrförmige Wand (12) lotrecht angeordnet ist und daß die Vorschubeinrichtung ein lotrecht
heb- und senkbares Tragteil (19, 20, 21) aufweist, an dem der Halter (1) in zu der rohrförmigen Wand berührungsfreier Zentrierung befestigt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Tragteil als oberhalb des Behandlungsgefäßös angeordnete Aufhängung (21) dea Halters ausgebildet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Halter (1) an einem oberen Deckel (15) des Behandlungsgefäßes aufgehängt ist, der seinerseits an dem heb- und senkbaren Tragteil (19, 20) der Vorschubeinrichtung aufgehängt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Träger (1) die Form eines langgestreckten, auf einer Seite offenen Troges mit Ausnehmungen (5) oder Anschlägen zum Festlegen der Pläctchen parallel und in Abständen zueinander sowie mit einem an der offenen Seite lösbar befestigten Sperrteil (8) zum Festhalten der Plättchen (5) aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Träger (10) an einem Ende ein Aufhängeteil (10) aufweist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die trogförmige Struktur zwei Endstücke (2, 3) und eine Vielzahl von parallelen Stäben (4), die die Endstücke miteinander verbinden, aufweist und daß die Sperrvorrichtung einen Sperrsta (8) aufweist, der durch zwei Öffnungen (7) in den Endstücken (2, 3) eingeschoben werden kann in eine Stellung parallel zu den Stäben (4), in der er mit den oberen Kanten (9) der eingeführten Plättchen (5) in> Eingriff steht.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Positioniervorrichtung Schlitze oder Kerben (6) in den Stäben (4) aufweist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß alle Teile des Trägers (1) und der Aufhängung (20, 21) aus Quarz oder ähnlichem Material bestehen.
DE8302957U Vorrichtung zur Hitzebehandlung von Halbleitersubstraten und dergleichen Expired DE8302957U1 (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE8902607U1 (de) * 1989-03-04 1989-06-22 Owis GmbH, 7813 Staufen Vorrichtung an einer Oxidations- oder Diffusions-Ofenanlage
DE3906075A1 (de) * 1989-02-27 1990-08-30 Soehlbrand Heinrich Dr Dipl Ch Verfahren zur thermischen behandlung von halbleitermaterialien und vorrichtung zur durchfuehrung desselben

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