DE2131722A1

DE2131722A1 - Anordnung zum Eindiffundieren von Dotierstoffen

Info

Publication number: DE2131722A1
Application number: DE19712131722
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl-Chem Dr Dietze
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1971-06-25
Filing date: 1971-06-25
Publication date: 1972-12-28
Also published as: US3805734A; FR2143043A1; CA970885A; GB1345995A; SE374496B; AT336683B; FR2143043B1; IT959878B; ATA365772A; CH570198A5; NL7204164A

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT München 2, 25.JUR1971 Berlin und München Witteisbacherplatz 2

^TOA Ti/1097

Anordnung zum Eindiffundieren von Dotierstoffen

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Eindiffundieren von Dotierstoffen in Halbleiterscheiben mit einem beheizbaren Rohr aus dem gleichen Halbleitermaterial, in dem die Halbleiterscheiben auf die Diffusionstemperatur erhitzt werden, und einer Dotierstoffquelle.

Eine solche Anordnung ist beispielsweise in der deutschen Auslegeschrift 1 521 494 beschrieben worden. Diese Anordnung weist im wesentlichen ein senkrecht stehendes Rohr auf, das mindestens auf der Innenseite aus Halbleitermaterial besteht. Im Rohr sind Halbleiterscheiben aus dem gleichen Halbleitermaterial aufgestapelt. Das Rohr ist in einer Kammer untergebracht, die an eine Vakuumpumpe angeschlossen ist. Die Kammer befindet sich in einem Diffusionsofen, der die Halbleiterscheiben auf eine !Temperatur erhitzt, die zum Eindiffundieren eines Dotierungsstoffes in die Halbleiterscheiben notwendig ist.

Eine solche Anordnung hat gegenüber einer Anordnung, bei der die Halbleiterscheiben in einer Quarzampulle untergebracht sind, erhebliche Vorteile. Einer der Vorteile ist der, daß ein Rohr aus Halbleitermaterial erheblieh höhere Temperaturen aushält als eine Quarzampulle· Damit kann die Diffusion bei höheren Temperaturen als mit einer Quarzampulle durchgeführt werden. Der Diffusionsvorgang wird, damit beschleunigt. Ein anderer Vorteil ist der, daß die Halbleiterscheiben mit der Wand des Rohres in Berührung kommen dürfen, ohne daß es wie bei einer Quarzampulle zu Verunreinigungen der Halbleiterscheiben kommt.

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Die Diffusion erfordert wegen der hohen Temperatur besondere Sorgfalt. Da in einem Temperaturbereich gearbeitet wird, in dem die Halbleiterscheiben schon plastische Eigenschaften haben können, muß dafür gesorgt werden, daß sie frei Ton mechanischen Einflüssen bleiben· Mechanische Einflüsse führen nämlich in Halbleiterseheiben zu Spannungen und damit zu Versetzungen im Kristallgefüge, die die elektrischen Eigenschaften des fertigen Halbleiterbauelementes beeinträchtigen. Bei der bekannten Anordnung werden die Halbleiterscheiben dadurch frei von mechanischen Spannungen gehalten, daß das Halbleiterrohr einen nur wenig größeren Durchmesser als die Halbleiterscheiben aufweist. Die Halbleiterscheiben werden damit exakt gehaltert und können sich, gleich in welcher lage sich das Rohr befindet, nicht verkanten oder verklemmen.

Sollen Halbleiterscheiben diffundiert werden, deren Durchmesser wesentlich kleiner als das Haltäeiterrohr ist, so werden diese nicht exakt geführt und können sieh verkanten und verklemmen. Es kommt dann zu mechanischen Spannungen und damit zu Versetzungen in den Halbleiterscheiben. Außerdem sind kleine Halbleiterscheiben relativ schwer zu handhaben.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Anordnung der eingangs erwähnten Gattung so weiterzubilden, daß die Diffusion von Halbleiterscheiben, deren Durchmesser wesentlich kleiner-als der Durchmesser des Halbleiterrohres ist, möglich ist, ohne daß Versetzungen in den Halbleiterscheiben entstehen. Außerdem soll die Handhabung der kleinen Scheiben erleichtert werden.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß in dem Rohr parallel zueinander liegende Rohre mit kleinerem Durchmesser aus dem gleichen Halbleitermaterial vorgesehen /.sind mid dal die Halbleiterscheiben in diesen Rohren angeordnet sind«

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Vorteilhafterweise sind die Rohre mit kleinerem Durchmesser beidseitig offen, wobei auf beiden Seiten der HalbleitBrscheiben im Inneren dieser Rohre Scheiben aus dem,gleichen Halbleitermaterial vorgesehen sind, deren Dicke ein mehrfaches der Dicke der Halbleiterscheiben beträgt und deren Durchmesser kleiner als der Innendurchmesser dieser Rohre ist. Dabei können die Rohre mit kleinerem Durchmesser an einem Ende mit einer Einschnürung versehen sein, deren Innendurchmesser kleiner als der Außendurchmesser der Scheibe ist. Die Rohre mit kleinerem Durchmesser können auch auf einer Seite mit einem Boden versehen sein. Dann reicht es aus, wenn lediglich auf der anderen Seite im Inneren der Rohre eine Scheibe mit den obengenannten Abmessungen angeordnet ist, Zweckmäßigerweise ist die Dotierstoff quelle innerhalb des Rohres, jedoch außerhalb der Rohre mit dem kleineren Durchmesser angeordnet. Die Anordnung kann sowohl waagrecht als auch senkrecht betrieben werden.

Die Erfindung wird anhand zweier Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren 1 bis 3 näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung.

Figur 2 einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung und

Figur 3 einen Querschnitt durch das Ausfuhrungsbeispxel nach Figur 1.

In ;?igur 1 ist das Halbleiterrohr mit 1 bezeichnet. In dem Halbl'3iterrohr 1 sind mehrere parallel zueinander liegende Rohre 2 aus dem gleichen Halbleitermaterial angeordnet. In den Rohren 2 liegen Halbleiterscheiben 3» die durch Stützscheiben 4 und 5 in den Rohren 2 gehalten werden. Die Stützscheiben 4 und 5 bestehen zweckmäßigerweise aus dem gleichen Halbleitermaterial wie die Halbleiterscheiben 3, die Rohre und das Rohr 1. Es. ist ersichtlich, daß die Scheiben 4 und

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ein mehrfaches der Dicke der Halbleiterscheiben haben. Diese Scheiben halten die Halbleiterscheiben 3 im Inneren der Rohre 2 zusammen. Die Scheibe 4 ist mit Hilfe einer in den Rohren 2 vorgesehenen Einschnürung 6 gegen Herausfallen gesichert. Der Durchmesser der Scheibe 4 und/oder 5 ist etwas kleiner als der Innendurchmesser der Rohre 2, so daß Dotierstoff Zutritt zu den Halbleiterscheiben 3 hat. Dieser Dotierstoff ist in einem Gefäß 8 untergebracht, das auf dem Boden des Rohres 1 sitzt. Das Rohr 1 ist mit einem Stopfen 7 gasdicht verschlossen, der zweckniäßigerweise aus dem gleichen Halbleitermaterial wie das Rohr 1 besteht.

Zur Diffusion wird das Rohr 1 evakuiert und durch eine Heizwicklung 9 auf eine Temperatur aufgeheizt, bei dem der Dotierstoff verdampft und in die Halbleiterscheiben 3 eindiffundiert«. Bestehen die .Halbleiterscheiben 3 z.B. aus Silicium_s wird man das Rohr und die in ihm liegenden Teile auf eine Temperatur zwischen 1050 und 1250⁰C aufheizen. Hält man diese Temperatur für etwa 24 Stunden aufrecht, so ergibt sich je nach Dotierstoff eine Eindringtiefe in die Halbleiterscheiben von einigen 10/u. Die Rohre 2 haben z.B. Durchmesser von 8 bis 25mm und eine Länge von z.B. 200 bis 400mm. Die Wandstärke beträgt z.B. 1 bis 5mm.

In Figur 2 sind gleiche Teile wie in Figur 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen. Ein Unterschied besteht darin, daß die Rohre 2 an einer Seite mittels eines Bodens 10 geschlossen sind» Dementsprechend kann hier die in der Anordnung naoh Figur 1 vorgesehene Scheibe 4 entfallen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Rohr 1 in einer Quarzampulle 12 untergebracht, mit der nach dem Evakuieren der Ampulle ein Quarzstopfen 13 verschmolzen wird. Damit ist die Gewähr gege.ben_s daß weder Luft no eh schädliche Gase von außen an die Halbleiterscheiben 3 gelangen. Das Halbleiterrohr 1 kann s«B. auf Stützen 11 in der Quarzampulle liegen*

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Das Quarz wird dann bei der Diffusionstemperatur weich und vom äußeren Luftdruck zusammengedrückt. Die Quarzampulle legt sich dann an das Halbleiterrohr 1 an. Da ein Halbleiterrohr z.B. aus Silicium auch bei der Diffusionstemperatur schon bei einer Wandstärke von z.B. 1mm mechanisch noch stabil genug ist, widersteht dieses dem äußeren Luftdruck. Die die Halbleiterscheiben 3 werden damit zusätzlich gegen mechanische Einflüsse geschützt. Nach der Diffusion werden die Quarzampulle 12 und das Halbleiterrohr 1 geöffnet und die Rohre 2 mit den diffundierten Halbleiterscheiben 3 herausgenommen. Die Anordnung kann, da das Halbleiterrohr 1 nicht defomiert wurde, dann erneut zur Diffusion verwendet werden.

In Figur 3 ist ein Querschnitt der Anordnung nach Figur gezeigt. Es ist ersichtlich, daß das Rohr 1 mit den Rohren 2 vollständig gefüllt ist. Eine vollständige Füllung ist jedoch nicht unbedingt erforderlich, sie ist aber wegen der guten Ausnutzung des Halbleiterrohres 1 und des Diffusionsofens empfehlenswert.

Die Erfindung ist besonders für die Diffusion von Halbleiterscheiben aus Silicium geeignet. Sie kann'z.B. jedoch auch für die Diffusion von Halbleiterscheiben aus Germanium,aus AjyjBy oder AxjBy^-Verbindungen verwendet werden. Die Erfindung hat den Vorteil, daß auch für die Diffusion von großen Halbleiterscheiben bestimmte Diffusionsofen gut ausgenutzt werden können. Mechanische Beanspruchungen der Halbleiterscheiben sind so gut wie ausgeschlossen. Damit bleiben Halbleiterscheiben» die vor der Diffusion versetzungsfrei gewesen sind, auch nach der Diffusion versetzungsfrei. Außerdem hat die Erfindung den Vorteil, daß sich wegen des Verhältnisses von Durchmesser zur Länge der Anordnung eine gute Temperaturkonstanz über die Länge der Rohre einstellt. Bei langen Rohren kleinen Durchmessers besteht nämlich sonst die Gefahr,

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daß wegen der anderen AfostrahlmigsibedingGiigeii die Temperatur der Solir® über ihre Länge

S Patentansprüche

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& U y U υ tf / U ^ ο

Claims

1. Anordnung zum Eindiffundieren "von Dotierstoffen in
Halbleiterscheiben in einem beheizbaren Rohr aus

dem gleichen Halbleitermaterial, in dem die Halbleiterscheiben auf die Diffuäonstemperatur erhitzt werden,
und einer Dotierstoffquelle, dadurch g e ken.nzeich.net , daß in dem Rohr (1) parallel zueinander liegende Rohre (2) mit kleinerem Durchmesser aus dem gleichen Halbleitermaterial vorgesehen
sind und daß die Halbleiterscheiben (3) in diesen
Rohren (2) angeordnet sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Rohre (2) mit kleinerem Durchmesser beidseitig offen sind, daß auf beiden Seiten der
Halbleiterscheiben im Inneren dieser Rohre Stützscheiben (4»5) aus dem gleichen Halbleitermaterial vorgesehen sind, deren Dicke ein mehrfaches der Dicke der Halbleiterscheiben (3) beträgt und deren Durchmesser kleiner als der Innendurchmesser dieser Rohre ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (2) mit kleinerem Durchmesser an einem Ende mit einer Einschnürung (6) versehen sind, deren Innendurchmesser kleiner als der Außendurchmesser der Stützscheiben (4j5) ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Rohre mit kleinerm Durch- .
messer (2) auf einer Seite mit einem Boden (10) versehen sind und daß auf der anderen Seite im Inneren dieser Rohre (2) eine Scheibe vorgesehen ist, deren Dicke ein mehrfaches der Dicke der Halbleiterscheiben (3) beträgt und
deren Durchmesser kleiner als der Innendurchmesser dieser Rohre ist.

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5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4» d a durch gekennzeichnet, daß die Dotierstoffquelle (8) innerhalb des Rohres (1),
aber außerhalb der Rohre (2) mit kleinerem Durchmesser angeordnet ist.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5» d a durch gekennzeichnet, daß das Rohr (1) und die Rohre (2) mit kleinerem Durchmesser waagrecht liegen«.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5_f d a durch gekennzeichnet, daß das Rohr (1) und die Rohre (2) mit kleinerem Durchmesser senkrecht angeordnet sind.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a durch gekennzeichnet, daß das Rohr (1) und die Rohre (2) mit kleinerem Durchmesser eine Wandstärke von 1 bis 5mm aufweisen.

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