DE2033444C3 - Vorrichtung zum Eindiffundieren von Dotierstoffen in Scheiben aus Halbleitermaterial - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Eindiffundieren von Dotierstoffen in Scheiben aus Halbleitermaterial, mit einem beheizbaren, mindestens einseitig offenen Rohr aus Halbleitermaterial, einem an der offenen Seite des Rohres wenigstens annähernd senkrecht zur Rohrachse liegenden Planschliff und mit einem ebenfalls mit einem Planschliff versehenen Verschluß, wobei Mittel vorgesehen sind, die beide Planschliffe aufeinanderdrücken.

Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise im französischen Patent 15 11 998 beschrieben worden. Zur Erzielung eines dichten Abschlusses wird das offene Ende des Halbleiterrohres geschliffen, und auf die geschliffene Fläche wird ein Deckel aufgesetzt. Der Deckel drückt auf die geschliffene Fläche und dichtet das Innere des Halbleiterrohres gegen die äußere Atmosphäre ab.

Nachteilig an dieser Vorrichtung ist, daß die Dichtwirkung lageabhängig ist und nur in senkrechter Lage des Halbieiterrohres funktioniert

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß eine einwandfreie unschwierige Abdichtung von Rohren aus Halbleitermaterial gegen

ίο das Eindringen von Verunreinigungen und Sauerstoff bei allen Betriebszuständen und Lagen des Halbieiterrohres möglich ist

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel aus einem mit dem Inneren des Rohres verbundenen Absaugrohr und einer mit diesem verbundenen Absaugvorrichtung bestehen.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung wird anhand dreier Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den F i g. 1 bis 3 näher erläutert

In der F i g. 1 ist ein Rohr aus Halbleitermaterial, zum Beispiel aus Silicium, gezeigt und mit 1 bezeichnet Dieses Rohr weist an seinem oberen, offenen Rand einen ^planschliff 2 auf, auf dem ein Deckel 14 liegt Der Deckel 14 weist an der Fläche, mit der er auf dem Planschliff 2 liegt, einen Planschliff 4 auf. Im Rohr 1 sind Halbleiterscheiben 5 aufgestapelt, die durch eine Abschlußscheibe 7 getragen werden. Diese Abschlußscheibe 7 ist nicht genau dem Innendurchmesser des Rohres 1 angepaßt, so daß der in einer Dotierquelle 8 enthaltende Dotierstoff Zutritt zu den Halbleiterscheiben 5 hat Das Rohr 1 und der Deckel 14 sind in einem Diffusionsofen 12 angeordnet, der mit einer nur schematisch angedeuteten Heizwicklung 13 versehen ist Der obere Teil des Rohres 1 liegt in einem weiteren Rohr 10, das mit einem Rohrstutzen 11 versehen ist

Zur Vorbereitung der Diffusion werden zunächst die Dotierungsquelle 8, die Abschlußscheibe 7 und die Halbleiterscheiben 5 in das Innere des Rohres 1 eingelegt Dann wird das Rohr 1 durch den Deckel 14 abgeschlossen, der das Rohrinnere durch sein Gewicht über die Planschliffe 2 und 4 abdichtet. Dabei wird zweckmäßigerweise das Innere des Rohres 1 vor dem

+5 Auflegen des Deckels mit einem inerten Gas gespült um den im Rohr vorhandenen Sauerstoff zu entfernen. Vorzugsweise wird durch den Stutzen 11 in das Rohr 10 ein inertes Gas eingeblasen, das die Plenschliffe 2 und 4 umspült und so ein Eindringen von Verunreinigungen

so oder Sauerstoff mit Sicherheit ausschließt. Das aus dem unteren Ende des Rohres 10 austretende inerte Gas kann über das Innere des Diffusionsofens 12 ins Freie entweichen. Unter diesen Bedingungen ist eine Diffusion möglich, deren Qualität durch keinerlei äußere Einflüsse beeinträchtigt wird.

Ein anderes Ausführungsbeispie! ist in F i g. 2 gezeigt. Dabei sind gleiche Teile wie in F i g. 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der Diffusionsofen mit den Heizwicklungen wurde hier der Einfachheit halber weggelassen. Das Halbleiterrohr 1 weist an seiner oberen, offenen Seite einen Planschliff 2 auf, auf den ein Deckel 15 liegt. Die Flächen des Deckels 15, die auf dem Planschliff 2 des Rohres 1 aufsitzen, sind ebenfalls als Planschliff ausgebildet. Auf seiner dem Rohr 1 abgewandten Seite ist der Deckel 15 mit einem Planschliff 16 versehen, an dem ein Absaugrohr 3 anliegt. Das Absaugrohr 3 ist an seinem unteren Ende mit einem Planschliff 17 versehen.

Das Innere des Rohres 1 ist über eine öffnung 18 im Deckel 15 über den Innenraum des Absaugrohres 3 mit einer Absaugvorrichtung 9 verbunden, die in der Figur nur schematisch angedeutet ist. Nach dem Einbringen der Dotierungsquelle 8, der Abschlußscheibe 7 und der Halbleiterscheiben 5 sowie einer weiteren Abschlußscheibe 6, wird der Deckel 15 mit seinem Planschliff 4 auf den Planschliff 2 des Rohres 1 gesetzt Dann wird das Absaugrohr 3 auf den Deckel 15 gesetzt Hierauf wird die Absaugvorrichtung 9 in Betrieb gesetzt, dir im Inneren des. aus dem Rohr 1, dem Deckel 15 und dem Absaugrohr 3 bestehenden Systems ein Vakuum erzeugt Dadurch werden die Planschliffe 2,4 und 16,17 aufeinandergepreßt und das Rohr 1 nach außen abgedichtet Sollten jedoch dennoch Verunreinigungen is oder Sauerstoff in das Innere des Rohres 1 eindringen, so werden diese von der Absaugvorrichtung 9 ebenfalls weitgehend abgesaugt Die weitere Abschlußscheibe 6 hat eine etwas kleinere Fläche als der Innenraum des Rohres 1. Sie sollte jedoch nicht so klein sein, daß die Absaugvorrichtung den Dotierstoff größtenteils absaugt, sondern noch eine Drossel wirkung aufweisen.

Zur weiteren Verbesserung der Anordnung können die Planschliffe 2, 4 und 16, 17 ähnlich wie in der Anordnung nach F i g. 1 in einem Rohr liegen, durch das ein inertes Gas geblasen wird. Dieses inerte Gas umspült die Planschliffe und verhindert so mit Sicherheit das Eindringen schädlicher Stoffe in das Rohr 1.

Wenn das Absaugrohr 3 aus Quarz besteht, so empfiehlt es sich, nur denjenigen Teil des Halbleiterrohres 1 auf die Diffusionstemperatur zu erhitzen, in dem die Halbleiterscheiben 5 untergebracht sind. Damit wird verhindert daß das Absaugrohr 3 weich wird und vom äußeren Luftdruck zusammengedrückt wird. Eine übermäßige Erwärmung des Absaugrohres 3 läßt sich beispielsweise dadurch vermeiden, daß dieses außerhalb des Ofens angeordnet wird, während sich im Diffusionsofen nur das Halbleiterrohr 1 befindet Es kann jedoch auch ein Diffusionsofen mit entsprechendem Temperaturgefälle verwendet werden. Dies ist in F i g. 1 dadurch -»o angedeutet, daß die Heizwicklungen 13 nur im unteren Teil des Diffusionsofen 12 liegen. Als Absaugrohr läßt sich z. B. auch ein Rohr aus Aluminiumoxyd AbCh verwenden.

In F i g. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt bei dem gleiche Teile die gleichen Bezugsziffern wie in den F i g. 1 und 2 aufweisen. Bei der in F i g. 3 gezeigten Anordnung hat das Rohr 1 keinen Deckel mehr, vielmehr ist auf dem Planschliff 2 des Rohres 1 ein Absaugrohr 18 direkt aufgesetzt Das Absaugrohr 18 weist an der Fläche, mit der es auf dem Planschliff 2 des Rohres 1 aufsitzt einen Planschliff 19 auf. Die Anordnung nach F i g. 3 unterscheidet sich von der nach Fig.2 darüber hinaus dadurch, daß sie waagrecht angeordnet ist Dementsprechend ist im Halbleiterrohr 1 eine weitere Abschlußscheibe 6 angeordnet die einerseits verhindert daß die Halbleiterscheiben 5 umfallen und andererseits die oben erwähnte Drosselwirkung aufweist Die in Fig.3 gezeigte Anordnung kann selbstverständlich auch in senkrechter Lage betrieben werden. Entsprechend kann auch die Anordnung nach Fig.2 in waagrechter Lage getrieben werden. Die senkrechte Lage bringt jedoch den Vorteil, daß jedes Verkanten der Halbleiterscheiben und damit jede Störung im Kristallgitter der Halbleiterscheiben vermieden werden.

Die gemäß der Erfindung verwendeten Planschliffe haben die Eigenschaft, daß sich bei Erwärmung der aneinanderstoßenden Rohre von im allgemeinen unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten keine in radialer Richtung wirkenden Kräfte auf das Halbleiterrohr übertragen können. In diesem Sinne ist auch ein leicht konischer, in sich planer Schliff brauchbar, dessen Ebene in bezug auf die Längsachse des Rohres nur wenige Grade vom rechten Winkel abweicht. Ebenso ist es möglich, statt eines Planschliffes oder eines leicht konischen Schliffes auch einen Kugelschliff anzuwenden. Planschliff und konischer Schliff können dabei als Sonderfall eines Kugelschliffes für einen gegen unendlich gehenden Krümmungsradius betrachtet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Eindiffundieren von Dotierstoffen in Scheiben aus Halbleitermaterial, mit einem beheizbaren, mindestens einseitig offenen Rohr aus Halbleitermaterial, einem an der offenen Seite des Rohres wenigstens annähernd senkrecht zur Rohrachse liegenden Planschliff und mit einem ebenfalls mit einem Planschliff versehenen Verschluß, wobei Mittel vorgesehen sind, die beide Planschliffe aufeinanderdrücken, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel aus einem mit dem Inneren des Rohres verbundenen Absaugrohr (3) unii einer mit diesem verbundenen Absaugvorrichtung (9) bestehen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Absaugrohr (3) gasdicht mit einer Öffnung (18) eines am offenen *inde des Rohres (1) vorgesehenen Deckels (15) verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das mit der Öffnung des Deckels verbundene Ende des Absaugrohres (3) einen Planschliff (17) aufweist, daß dieser Planschliff auf einer die öffnung des Deckels umgebenden Fläche aufsitzt und daß diese Fläche ebenfalls mit einem Planschliff (16) versehen ist

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Absaugrohr einen wenigstens annähernd senkrecht zu seiner Längsachse liegenden Planschliff (19) aufweist, der auf dem Planschliff (2) des Rohres (1) aufsitzt.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr aus Silicium und das Absaugrohr aus Quarz oder Aluminiumoxid besteht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschliffe (2, 4; 16, 17) und das Absaugrohr (3) eine niedrigere Temperatur aufweisen als derjenige Bereich des Rohres, in dem die Halbleiterscheiben (5) angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die Anschliffe (2, 4; 16, 17) von einem weiteren Rohr (10) umgeben sind, durch das ein Schutzgas strömt.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Rohr (1) auf der der Absaugvorrichtung (9) zugewandten Seite eine Abschlußscheibe (6) vorgesehen ist, die für den Dotierstoff eine Drossel bildet.