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DE2518045C3 - Tube for diffusion processes in semiconductor technology made of polycrystalline silicon - Google Patents

Tube for diffusion processes in semiconductor technology made of polycrystalline silicon

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Publication number
DE2518045C3
DE2518045C3 DE19752518045 DE2518045A DE2518045C3 DE 2518045 C3 DE2518045 C3 DE 2518045C3 DE 19752518045 DE19752518045 DE 19752518045 DE 2518045 A DE2518045 A DE 2518045A DE 2518045 C3 DE2518045 C3 DE 2518045C3
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DE
Germany
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jaws
tube
graphite
tube according
silicon
Prior art date
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DE19752518045
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German (de)
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DE2518045A1 (en
DE2518045B2 (en
Inventor
Wolfgang Dipl.-Chem. Dr. 8000 Muenchen Dietze
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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Priority to US05/676,618 priority patent/US4007369A/en
Priority to JP51044364A priority patent/JPS51131268A/en
Publication of DE2518045A1 publication Critical patent/DE2518045A1/en
Publication of DE2518045B2 publication Critical patent/DE2518045B2/en
Application granted granted Critical
Publication of DE2518045C3 publication Critical patent/DE2518045C3/en
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B31/00Diffusion or doping processes for single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure; Apparatus therefor
    • C30B31/06Diffusion or doping processes for single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure; Apparatus therefor by contacting with diffusion material in the gaseous state
    • C30B31/12Heating of the reaction chamber

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Resistance Heating (AREA)

Description

4040

Die Erfindung betrifft ein Rohr für Diffusionsprozesse in der Halbleitertechnik aus polykristallinem, durch Abscheiden aus der Gasphase auf der Oberfläche eines Trägerkörpers gebildetem Silicium, das mindestens teilweise mit einer hochdotierten Siliciumschicht versehen ist.The invention relates to a tube for diffusion processes in semiconductor technology made of polycrystalline, through Deposition from the gas phase on the surface of a carrier body formed silicon which at least is partially provided with a highly doped silicon layer.

Aus der DT-OS 19 33 128 ist eine Anordnung zum Eindiffundieren von Dotierungsstoffen in ein Halbleitermaterial bekannt, bei dem als Diffusionsbehälter ein Rohr aus kristallinem, gasdichtem Halbleitermaterial verwendet wird, welches durch Anlegen einer Spannung direkt oder mittels Hochfrequenzenergie beheizt werden kann. Das als Heizkörper dienende Rohr kann an seinen beiden Enden mit Elektroden versehen oder von einer Induktionsheizspule umgeben sein. Um bei Induktionsheizung ein Anheizen des Rohres zu erleichtern, wird auf dem Rohr ein Ring aus gut leitendem Material, z. B. aus Graphit, aufgebracht. Wird das Rohr durch Anlegen einer Spannung direkt beheizt, so ist die Spannung zur Erreichung der für die Diffusion notwendigen Temperatur außer von den Abmessungen des Rohres von der Leitfähigkeit des Halbleitermaterials abhängig. Es ist deshalb, gemäß der obengenannten Offenlegungsschrift, für das Diffusionsrohr relativ billig herzustellendes, hochdotiertes Halbleitermaterial verwendet worden, damit die beim Einleiten des Anheizvorgangs nötige Spannung relativ gering sein kann. Bei Erreichen einer bestimmten Aufheiztemperatur wird die Leitfähigkeit des Rohres dann von der Dotierung des Halbleitermaterials unabhängig, und ist im wesentlichen von den Abmessungen des Rohres abhängig.From DT-OS 19 33 128 an arrangement for diffusing dopants into a semiconductor material is known in which a tube made of crystalline, gas-tight semiconductor material is used as a diffusion container, which can be heated by applying a voltage directly or by means of high-frequency energy. The tube serving as a heating element can be provided with electrodes at both ends or be surrounded by an induction heating coil. To facilitate an initial heating of the pipe in induction heating, is set to the crude r a ring made of highly conductive material, such. B. made of graphite applied. If the tube is heated directly by applying a voltage, the voltage for reaching the temperature necessary for diffusion depends on the conductivity of the semiconductor material in addition to the dimensions of the tube. It is therefore, according to the above-mentioned laid-open specification, used for the diffusion tube, which is relatively inexpensive to produce, highly doped semiconductor material, so that the voltage required when initiating the heating process can be relatively low. When a certain heating temperature is reached, the conductivity of the tube becomes independent of the doping of the semiconductor material and is essentially dependent on the dimensions of the tube.

Durch die Gasphasenabscheidung zur Herstellung eines Diffusionsrohres, wie es beispielsweise aus der DT-PS 18 05 970 bekannt ist, bei der Halbleitermaterial aus einer gasförmigen Halbleiterverbindung auf der Außenfläche eines Trägerkörpers, z. B. aus Graphit, niedergeschlagen und der Trägerkörper ohne Zerstörung der Halbleitermaterialschicht entfernt wird, ist die Herstellung reinster und gasdichter Rohre aus Halbleitermaterial, insbesondere aus Silicium, möglich geworden. Ein Aufheizen durch direkten Stromdurchgang ist bei solchen hochreinen Rohren nur bei entsprechender Vorheizung möglich.By the gas phase deposition for the production of a diffusion tube, as it is for example from the DT-PS 18 05 970 is known in the semiconductor material from a gaseous semiconductor compound on the Outer surface of a carrier body, e.g. B. made of graphite, deposited and the support body without destruction the semiconductor material layer is removed, is the production of the purest and gas-tight tubes made of semiconductor material, especially made of silicon. A heating through direct current passage is only possible with such high-purity pipes with appropriate preheating.

Bei Verwendung von dotiertem Halbleitermaterial kann — wie bereits in der DT-OS 19 33 128 erwähnt die Vorheizung eingespart und das Diffusionsrohr direkt aufgeheizt werden. Allerdings tritt dabei der nachteilige Effekt auf, daß eine unerwünschte Reaktion von hoher Dotierung und Halbleiterbauelementkörper bei der Diffusion in Kauf genommen werden muß.When using doped semiconductor material - as already mentioned in DT-OS 19 33 128 Preheating is saved and the diffusion tube can be heated up directly. However, the disadvantageous one occurs Effect on that an undesirable reaction of high doping and semiconductor component body in the Diffusion has to be accepted.

Aus der DT-OS 22 53 411 ist ein direkt beheizbares Siliciumrohr bekannt, welches dadurch hergestellt wird, daß auf der Oberfläche des für die Abscheidung vorgesehenen Trägerkörpers mindestens zwei Schichten abgeschieden werden, von denen die beim fertigen Siliciumrohr außen liegende Schicht mit einer Dotierung versehen ist, während die innerste Schicht aus hochreinem Silicium besteht.From DT-OS 22 53 411 a directly heatable silicon tube is known, which is produced by that on the surface of the support body provided for the deposition at least two layers are deposited, of which the outer layer in the finished silicon tube is doped is provided, while the innermost layer consists of high-purity silicon.

Bei Verwendung eines solchen Rohres isi gewährleistet, daß die Rohrdotierung keinen Einfluß auf den in ihm ία diffundierenden Halbleiterkörper hat. Das Problem der elektrischen Kontaktierung zur Verwendung eines solchen Rohres als Rohrofen für Diffusionsprozesse wird in dieser Offenlegungsschrift nicht gelöst. The use of such a tube ensures that the tube doping has no influence on the semiconductor body diffusing in it ία. The problem of electrical contacting for the use of such a tube as a tube furnace for diffusion processes is not solved in this laid-open specification.

Eine Möglichkeit der Kontaktierung eines direkt zu beheizenden Siliciumrohres wird in der DT-OS 23 40 225 beschrieben. Hier wird das zu beheizende Siliciumrohr im Bereich der später anzubringenden Stromanschlüsse mit einer Dotierung mittels eines phosphorhaltig^, sich ohne Rückstand verflüchtigenden Lacks versehen und dann der Dotierstoff in das Siliciumrohr eindiffundiert. Als Stromanschlüsse werden Heizschellen aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung verwendet, die mit Graphitfilz unterlegt werden. Auch hier wird die elektrische Kontaktierung eines direkt beheizbaren Siliciumrohres in bezug auf Temperaturkonstanz und Anheizdauer nicht in befriedigender Weise gelöst. Dadurch wird die Reproduzierbarkeit von Diffusionsprozessen erheblich gestört.One way of making contact with a silicon pipe that is to be heated directly is described in the DT-OS 23 40 225 described. Here the silicon tube to be heated is in the area of the later to be attached Power connections with a doping by means of a phosphorus ^, volatilizing without residue Provided lacquer and then the dopant diffuses into the silicon tube. As power connections are Heating clamps made of aluminum or an aluminum alloy are used, which are lined with graphite felt will. Here, too, the electrical contacting of a directly heatable silicon tube is related to Temperature constancy and heating-up time not solved in a satisfactory manner. This increases the reproducibility considerably disturbed by diffusion processes.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein durch Gasphasenabscheidung hergestelltes Siliciumrohr mit elektrischen Kontakten so zu versehen, daß gewährleistet ist, daß bei der Diffusion eine möglichst kurze Anheizperiode mit einer hohen Temperaturkonstanz eingehalten wird.The object of the present invention is therefore to provide a silicon tube produced by vapor deposition to be provided with electrical contacts in such a way that it is ensured that one as possible during diffusion short heating-up period with a high temperature constancy is observed.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß seine Enden in Graphitbacken eingespannt sind, die jeweils von einem gut leitenden Metall umschlossen sind.This object is achieved according to the invention in that its ends are clamped in graphite jaws which are each enclosed by a highly conductive metal.

Dabei kann ein Siliciumrohr verwendet werden, welches, wie bereits in der DT-OS 22 53 411 beschrieben ist, in seinem Inneren eine hochreine Siliciumschicht und auf seiner Außenmantelfläche eine dotierte Siliciumschicht aufweist, wobei der spezifische elektri-A silicon tube can be used, which, as already described in DT-OS 22 53 411 is, in its interior a high-purity silicon layer and on its outer surface a doped one Silicon layer, the specific electrical

sehe Widerstand auf 2 bis 200 mOhm · cm eingestellt wird.see resistance set to 2 to 200 mOhm · cm will.

Es ist auch möglich, ein Siliciumrohr zu verwenden, auf dessen Außenmantelfläche ein über die gesamte Länge des Rohres sich erstreckender bandförmiger Bereich mit starker Dotierung vorhanden ist.It is also possible to use a silicon tube with an over the entire surface on its outer surface Length of the tube extending band-shaped region with heavy doping is present.

Als besonders vorteilhaft für eine gute Kontaktgabe hat es sich erwiesen, das Siliciumrohr vor dem Anbringen der Graphitbacken rundzuschieifen und als Umhüllung für die Graphitbacken Kupferbacken zu verwenden.It has been found to be particularly advantageous for a good contact to place the silicon tube in front of the Attach the graphite jaws to grind and close the copper jaws as a cover for the graphite jaws use.

Gemäß einem besonders günstigen Ausführungsbeispiel nach der Lehre der Erfindung werden die Graphitbacken und/oder die Kupferbacken mehrmals unterteilt und im Rundmaß dem Siliciumrohr angepaßt. Zum Verbinden der einzelnen Teile sind Schraubverbindungen vorgesehen. Des weiteren hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die die Graphitbacken halternden Kupferbacken mit einer Kühlung zu versehen.According to a particularly favorable embodiment according to the teaching of the invention, the Graphite jaws and / or the copper jaws divided several times and adapted to the silicon tube in the round dimension. Screw connections are provided to connect the individual parts. Furthermore, it has to be proved advantageous to provide the copper jaws holding the graphite jaws with cooling.

Es liegt auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung, zur Konstanthaltung und Erzielung hoher Temperaturen über dem Siliciumrohr zwischen den Graphitbacken eine Isolierung aus einem thermisch stabilen Stoff, beispielsweise eine Schicht aus einer Aluminiumsilikatfaser, anzubringen. Es kann auch ein wärmereflektierender Metallmantel als thermische Isolierung verwendet werden.It is also within the scope of the present invention to maintain constant and achieve high temperatures insulation made of a thermally stable material above the silicon tube between the graphite jaws, for example a layer of an aluminum silicate fiber to be attached. It can also be a heat reflective one Metal jacket can be used as thermal insulation.

Die Erfindung wird anhand eines Ausfüi rungsbeispiels und der in der Zeichnung befindlichen Figur noch näher erläutert.The invention is based on an Ausfüi approximately example and the figure in the drawing explained in more detail.

In der Figur ist mit dem Bezugszuichen 1 ein beidseitig offenes Siliciumrohr von ca. 32 cm Länge mit einem Innendurchmesser von 26 mm und einem Außendurchmesser von 31 mm bezeichnet, welches auf seiner gesamten Außenmantelfläche eine mit Phosphor hochdotierte Siliciumschicnt 2 (0,5 mm tief) mit einem spezifischen Widerstand von 3 mOhm ■ cm aufweist. Das Siliciumrohr (1, 2) ist an seinen heiden Enden in 4,5 mm starke Graphitbacken 3 und 4 genähert, welcheIn the figure, the reference number 1 is a Silicon tube which is open on both sides and is approx. 32 cm long with an inner diameter of 26 mm and a Outside diameter of 31 mm denotes, which on its entire outer surface area with phosphorus highly doped silicon layer 2 (0.5 mm deep) with a specific resistance of 3 mOhm · cm. The silicon tube (1, 2) is approximated at its two ends in 4.5 mm thick graphite jaws 3 and 4, which

ίο in Kupferbacken 5 und 6 eingespannt sind. Sowohl die Graphitbacken 3, 4 als auch die Kupferbacken 5, 6 sind im Rundmaß dem Siliciumrohr (1, 2) angepaßt und in je zwei Hälften unterteilt, welche durch Schraubverbindungen 7 zusammengehalten werden. An den Kupferbacken 5, 6 werden die elektrischen Anschlüsse (in der Figur nicht dargestellt) befestigt. Die Kupferbacken 5,6 sind mit einer Wasserkühlung 8 versehen, welche nur auf der Kupferbacke 6 dargestellt ist. Über dem beheizten Siliciumrohriei! (1, 2) befindet sich eine aus Aluminiumsilikatfaser bestehende thermische Isolationsschicht 9, welche ungefähr 30 mm dick ist. Durch diese Maßnahme wird eine sehr gute Temperaturkonstanz auch bei hohen Diffusionstemperaturen gewährleistet, wodurch sich über einen größeren Teil des Siliciumrohres eine Zone sehr gleichmäßiger Temperatur einstellen läßt.ίο are clamped in copper jaws 5 and 6. Both the Graphite jaws 3, 4 and the copper jaws 5, 6 are rounded to the silicon tube (1, 2) and adapted in each divided into two halves which are held together by screw connections 7. On the copper cheeks 5, 6, the electrical connections (not shown in the figure) are attached. The copper jaws 5.6 are provided with a water cooling system 8, which is only shown on the copper jaw 6. Above that heated silicon tube! (1, 2) there is a thermal insulation layer made of aluminum silicate fiber 9, which is approximately 30mm thick. This measure ensures a very good temperature constancy guaranteed even at high diffusion temperatures, which spreads over a larger part of the Silicon tube can set a zone of very uniform temperature.

Zur Erreichung einer Diffusionstemperatur von 13000C wird eine Spannung von 10 V angelegt und eine Stromstärke von 100 A benötigt. Die Anheizperiode beträgt 60 Minuten.To achieve a diffusion temperature of 1300 ° C., a voltage of 10 V is applied and a current of 100 A is required. The heating-up period is 60 minutes.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (9)

25 18 C45 Patentansprüche:25 18 C45 claims: 1. Rohr für Diffusionsprozesse in der Halbleitertechnik aus polykristallinen!, durch Abscheiden aus der Gasphase auf der Oberfläche eines Trägerkörpers gebildetem Silicium, das mindestens teilweise mit einer hochdotierten Siliciumschicht versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß seine Enden in Graphitbacken eingespannt sind, die jeweils von gut leitendem Metall umschlossen sind.1. Tube for diffusion processes in semiconductor technology from polycrystalline !, by deposition from the gas phase on the surface of a carrier body formed silicon which is at least partially provided with a highly doped silicon layer, characterized in that its ends are clamped in graphite jaws, each of well conductive metal are enclosed. 2. Rohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß seine Mantelfläche vor dem Anbringen der Graphitbacken rundgeschliffen worden ist.2. Tube according to claim 1, characterized in that its lateral surface before attaching the Graphite jaws has been ground round. 3. Rohr nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Graphitbacken mit Kupferbacken umhüllt sind.3. Tube according to claim 1 and 2, characterized in that the graphite jaws with copper jaws are wrapped. 4. Rohr nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Graphitbacken und/oder die Kupferbacken mehrmals unterteilt und im Rundmaß dem Siliciumrohr angepaßt sind, und daß die einzelnen Teile durch Schraubverbindungen verbunden sind.4. Tube according to claim 3, characterized in that the graphite jaws and / or the copper jaws are divided several times and adapted to the silicon tube in round dimensions, and that the individual parts are connected by screw connections. 5. Rohr nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an seinen beiden Enden je zwei Graphitbacken angebracht sind.5. Tube according to claim 4, characterized in that two graphite jaws at each of its two ends are attached. 6. Rohr nach den Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Graphitbacken halternden Kupferbacken mit einer Kühlung versehen sind.6. Tube according to claims 3 to 5, characterized in that the graphite jaws are retaining Copper jaws are provided with cooling. 7. Rohr nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Graphitbacken eine Isolierung aus einem thermisch stabilen Stoff angebracht ist.7. Tube according to claims 1 to 6, characterized in that between the graphite jaws an insulation made of a thermally stable material is attached. 8. Rohr nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Isolierung eine Aluminiumsilikatfaser angebracht ist.8. Pipe according to claim 7, characterized in that an aluminum silicate fiber is attached as insulation is. 9. Rohr nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als thermische Isolierung ein reflektierender Metallmantel angebracht ist.9. Tube according to claim 7, characterized in that a reflective thermal insulation Metal jacket is attached.
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