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DE2554399A1 - Verfahren zum herstellen von aus silicium oder siliciumcarbid bestehenden, direkt-beheizbaren rohren - Google Patents

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

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DE2554399A1
DE2554399A1 DE19752554399 DE2554399A DE2554399A1 DE 2554399 A1 DE2554399 A1 DE 2554399A1 DE 19752554399 DE19752554399 DE 19752554399 DE 2554399 A DE2554399 A DE 2554399A DE 2554399 A1 DE2554399 A1 DE 2554399A1
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Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München . YPA 75 P 1 2 O O BRD
Verfahren zum Herstellen von aus Silicium oder Siliciumcarbid
-Siliciumrohre weisen für die Anwendung im Rohrofenbau und insbesondere für Diffusionsofen zur Diffusion von Halbleiterbauelementen hervorragende Eigenschaften auf. Sie sind durch direkten 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, direktbeheizbaren Rohren für Diffusionsprozesse in der Halbleitertechnik durch Abscheiden von Silicium oder Siliciumcarbid aus der Gasphase auf die Oberfläche eines erhitzen, insbesondere als Hohlkörper ausgebildeten, vorzugsweise aus Graphit bestehenden Trägerkörpers und anschließendes Entfernen des Trägerkörpers, bei dem die Außenmantelfläche des durch Abscheidung hergestellten Silicium- oder Siliciumcarbidrohres mindestens teilweise eine dotierte Schicht aufweist.
Ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Siliciumrohres wird in der. deutschen Offenlegungsschrift 22 53 411 (=VPA 72/1194) be-
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Edt-12 Ode /26. 11. 1975
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schrieben.; Dabei werden auf 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 äußers"te Schicht mit einer Dotierung versehen ist, während die innerste Schicht aus hochreinem Silicium besteht. D.ie Herstellung der dotierten Schicht erfolgt durch Abscheidung aus der Gasphase, wobei den gasförmigen Siliciumverbindungen, wie z.B. Trichlorsilan-Wasserstoffgemischen Dotierungsgase zugemischt und mit 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 Diffusionsprozessen 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 ITachteil wird durch das Verfahren nach der Lehre der Erfindung dadurch behoben, daß erfindungsgemäß die dotierte Schicht durch nachträgliches Aufbringen einer den Dotierstoff enthaltenden Suspension auf der Außenmantelfläche des durch die Gasphasenabscheidung fertiggestellten reinen Silicium- oder Siliciumcarbidrohres und Eindiffundieren des Dotierstoffes in die Rohroberfläche hergestellt wird.
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Dabei liegt es im Rahmen der Erfindung, daß die dotierte Schicht auf der Außenmanteiflache des Rohres so erzeugt wird, daß die zu leontaktierenden Rohrenden höher dotiert werden als der mittlere Teil 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.
öemäfi einen besonders günstigen Ausiührimgsbeispiel nach der Lehre der Erfindung wird die Dotierung so eingestellt5 daß sie an den Rohrenden eineis mittleren spezifischen, elektrischen widerstand von höchstens 50m Ohm.cm und im mittleren feil des Rohres einem mittleren Wert von höchstens 500m Ohm»cm entspricht.
Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, als Suspensionsmittel für die Dotierstoffe sich ohne Rückstand verflüchtigende-Lacke auf Hxtrocellulosebasis oder Photoiacke zu verwenden. Dabei werden als Dotierstoffe vorzugsweise die Trihalogenide von Bor, Phosphor, Arsen oder Antimon sowie die Hydride von Bor (Dekaboran) im entsprechenden Verhältnis zugenisclrfc. Die Lacke werden bei 250 bis 400°C in Sauerstoff-Argon-Atmosphäre verdampft.
Die Diffusion des Dotierstoffes in die Rohroberfläche muß bei möglichst hohen Temperaturen, mindestens bei 1200 C( über einei 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.
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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 Eohrenden 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 Siliciumrohres 1 befinden sich neben undotierten Bereichen (10) streifenförmig Dotierungsbereiche 6, welche ebenso wie die dotierten Schichten 5 durch die sog. painton-Technik entstanden sind, d.h., die dotierten Zonen v/erden 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. 1200 C über eine Zeitdauer von mehr als 10 Stunden. Man erreicht an den Rohrenden (Bereiche 2 und 3) einen mittleren spezifischen elektrischen "Widerstand von ungefähr 50m 0hm.cm, wenn man bei einer Konzentration von ungefähr 20 °/> Phosphortrichlorid im Photolack den Phosphor etwa 100 Stunden bei 125O0C in das Siliciumrohr eindiffundiert. Der mittlere Bereich des
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Rohres 4 (Streifen 6) erhält einen spezifischer, elektrischen Widerstand von ungefähr 150m Ohm.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 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.
I Fi gur
II Patentansprüche
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Claims (11)

P_a_t_e_n_t_a_n_s_]D_r_ü c h_e
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, insbesondere als Hohlkörper ausgebildeten, vorzugsweise aus Graphit bestehenden Trägerkörpers und anschließendes Entfernen des Trägerkörpers, bei dem die Außenmantelfläche des durch Abscheidung hergestellten Silicium- oder Siliciumcarbidrohres' mindestens teilweise eine dotierte Schicht aufweist, dadurch gekennzeichnet , daß die dotierte Schicht durch nachträgliches Aufbringen einer den Dotierstoff enthaltenden Suspension auf der Außenmantelfläche des durch die Gasphasenabscheidung fertiggestellten reinen Silicium- oder Siliciumcarbidrohres und Eindiffundieren des Dotierstoffes in die Rohroberfläche hergestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet , daß die dotierte Schicht auf der Außenmantelfläche des Rohres so erzeugt wird, daß die zu kontaktierenden Rohrenden höher dotiert werden als der mittlere Teil des Rohres.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge kennzeichnet , daß der mittlere Teil des Rohres nur streifenweise dotiert wird.
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4. Verfahren nach Anspruch 1 Ms 3, dadurch ge kennzeichnet , daß die Dotierung so eingestellt wird, daß sie an den Rohrenden einem mittleren spezifischen elektrischen V/iderstand von höchstens 50m Ohm.cm und im mittleren Teil des Rohres einem mittleren Wert von höchstens 500m Ohm.cm entspricht.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet , daß als Suspensionsmittel sich ohne Rückstand verflüchtigende Lacke auf Nitrocellulosebasis oder Photolacke verwendet werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5» dadurch ge kennzeichnet , daß als Dotierstoffe die Tr!halogenide von Bor, Phosphor, Arsen und Antimon sowie die Hydride von Bor verwendet v/erden.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch ge kennzeichnet , daß die lacke bei 250 bis 4000C in Sauerstoff-Argon-Atmosphäre verdampft werden.
8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch ge kennzeichnet , daß die Diffusion des Dotierstoffes in die Rohroberfläche bei mindestens 12000C während einer Zeitdauer von mindestens 10 Stunden durchgeführt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch ge kennzeichnet , daß das Siliciumrohr nach dem Eindiffundieren des Dotierstoffes durch kurzzeitiges Ätzen in konzentrierter Flußsäure von den Dotierstoffresten befreit wird.
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10. Direkt-beheizbares Siliciumrohr zum Eindiffundieren von Dotierungsstoffen in Halbleiterkristallscheiben hergestellt nach den Verfahren nach Anspruch 1 bis 9·
11. Siliciumrohr nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine hochreine Siliciumschicht auf seiner Innenseite und einer dotierten Schicht auf seiner Außenrcantelflache, welche im Bereich der zu kontaktierenden Rohrenden einen spezifischen elektrischen Widerstand von höchstens 50 m Ohm.cm und im Mittelteil von höchstens 500m 0hm.cm aufweist.
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DE2554399A 1975-12-03 1975-12-03 Verfahren zum Herstellen von aus Silicium oder Siliciumcarbid bestehenden, direkt-beheizbaren Rohren Expired DE2554399C3 (de)

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