DE1758751A1 - Oven for the diffusion of interference points in semiconductor bodies - Google Patents

Description

Translated fromGerman

"Ofen zum. Eind.ffundieren von Störstellen in Halbleiterkörper" Dievorliegende Erfindung betrifft einen Ofen, der besonders als Diffusionsofen zürEindiffusion von Störstellen in Halbleiterkörper vorgesehen ist, Hierbei bestehtdie Erfindung darin,. daß an das evakuierb-are Rohr des Ofens ein Schleusensystemangeschlossen Ist; mit dessen Hilfe Chargen ohne Zwischenbelüftung des Rohres indas Rohr eingebracht oder gegen im Rohr befindliche Ch=irgen ausgetauscht werden."Furnace for. In.funding of imperfections in semiconductor bodies" DieThe present invention relates to a furnace, which is particularly useful as a diffusion furnaceDiffusion of impurities into the semiconductor body is provided, here there isthe invention therein. that on the evacuable pipe of the furnace a lock systemconnected; with the help of which batches without intermediate ventilation of the pipe inthe pipe can be inserted or exchanged for rings located in the pipe.

Die meisten Halbleiterbauelemente werden heute durch einmalige odermehrmals wiederholte Eindiffusion von Störstellen, die in einem Halbleiterkörpereinen bestimmten Zeitungstyp erzeugen, hergestellt. Dies gilt für allem für dieBauelemente, die nach dem Planarprinzip gefertigt werden. Hierfür sind besonderszwei Verfahren bekannt geworden.Most semiconductor components today are made by one-off orseveral times repeated diffusion of impurities in a semiconductor bodyproduce a certain type of newspaper. This goes for everything for thatComponents that are manufactured according to the planar principle. For this are specialtwo procedures became known.

Bei dem ältesten Verfahren werden die zu diffundierenden Halbleiterscheibenin ein offenes Rohr eines Diffusionsofens engebracht, in das das von einem Trägergasstromtransportierte StÖrstellenmaterial eingeleitet wird. Dieses Verfahrenhat den großen Nachteil, daß der Ofeninnenraum. bereits nach kurzer Gebrauchszeitso stark verunr inigt ist, daß keine reproduzierbaren Ergebnisse mehr erzielbarsind. Besonders wenn niedere Störstellenkonzentrationen an gier Oberfläche der zudiffundierenden Halbleiterscheibe gewünscht werden, d.h., wenn der Flächenwiderstandder dotierten Bereiche groß sein soll, wirken die vom Ofen abgegebenen und unkontrollierbarenDotierungs-Stoffe sehr störend und verzerren die angestrebten Kennwerte der Halbleiterbauelementein unzulässiger Weise.In the oldest process, the semiconductor wafers to be diffused are usedbrought into an open tube of a diffusion furnace, into which a carrier gas streamtransported incident materialis initiated. This methodhas the major disadvantage that the furnace interior. after a short period of useis so badly contaminated that reproducible results can no longer be achievedare. Especially when there are low concentrations of impurities on the greedy surface of thediffusing semiconductor wafer are desired, i.e. if the sheet resistancethe doped areas should be large, the emitted by the furnace and uncontrollable actDoping substances are very disruptive and distort the desired characteristics of the semiconductor componentsin an impermissible manner.

Zur Vermeidung dieser Nachteile wurde ein anderes bekanntes Verfahrenentwickelt, bei dem die Diffusion in einer verschlossenen und evakuierten Quarzampullevorgenommen wird. Hierzu wird in die noch offene Quarzampulle ein das Störstellenmaterialenthaltendes Pulver, beispielsweise dotiertes Siliziumpulver und die zu dotierendenHalbleiterscheiben angebracht. Danach wird die Ampulle evakuiert, vakuumdicht verschlossenund in einem Ofenrohr auf die erforderliche Diffusionstemperatur. erhitzt., Beidiesem Verfahren wird die Störstellenkonzentration an der -Oberfläche der diffundiertenBereiche in den Halbleiterscheiben von der Störstellenkonzentration in dem Dotierungspulverbestimmt. Dieses Verfahren liefert auch bei geringen Dotierungskonzentratonen,d:h,.,beangestrebten hohen Flächenwiderständen in den diffundiertE-#n Bereichen reproduzierbareErgebnisse, da die Quarzampu1ieii nur für `einen einzigen Diffusionsprozess verwendetwerden. Hierdu-,-ch wird das Diffusionsverfahren jedoch sehr kostspielig. da diereinen Quarzkosten sich pro Charge auf DM "#e :@.---- bis 3öo,--_- belaufen.Da jede Charge aus ca. 5o `Malbi ei.t(-=,schelben besteht, entfällt auf jede Halbleiterschebe'-proDi ffusi: öiisi,i,ozsss ein relativ hoher Kostenbetrag, der*das beschriebene Verfahrenunrationell macht.To avoid these disadvantages, another known method was developed in which the diffusion is carried out in a sealed and evacuated quartz ampoule. For this purpose, a powder containing the impurity material, for example doped silicon powder, and the semiconductor wafers to be doped are placed in the still open quartz ampoule. The ampoule is then evacuated, sealed vacuum-tight and placed in a furnace tube to the required diffusion temperature. In this method, the impurity concentration on the surface of the diffused regions in the semiconductor wafers is determined by the impurity concentration in the doping powder. This method delivers reproducible results even with low doping concentrations, i.e. high sheet resistances aimed for in the diffused areas, since the quartz ampules are only used for a single diffusion process. However, this makes the diffusion process very expensive. since the pure quartz costs per batchamount to DM "# e : @ .---- to 3öo, --_-. Since each batch consists of approx Semiconductor schebe'-pro Di ffusi: öiisi, i, ozsss a relatively high cost, which * makes the described method inefficient.

Der neue erfindungsgemäße Ofen-ermöglicht dagegen Diffusions-Prozesse;die t i 111g sind und. alle Vorteile der Pulverdiffusion in Quarzampullen uneingeschränktaufweisen. Der neue Ofen weist wenigstens eine dem Ofenrohr benachbarter Einschubkammerauf, die gesondert evakuiert werden kann und über ein Szhleusentor mit dem evakuiertenRohr des Ofens verbunden i.-st. Die Chargen :werden mit'Hilfe von Schiebern, dievakuumdicht nach außen geführt und von außen steuerbar sind, aus der Eiüs'h-hbkammer-indas eigentliche Ofenrohr eingeführt und dann mit einem weiteren Schierer in dieheiße Zone des Rohres befördert: Das- Verschieben der Chargen kann jedoch auch motorischerf<olge-n. -Die Erfindung und ihre vorteilhafte Ausgestaltungwird im weiteren anhand der Figur näher beschrieben.In contrast, the new furnace according to the invention enables diffusion processes;which are t i 111g and. all advantages of powder diffusion in quartz ampoules without restrictionexhibit. The new furnace has at least one insertion chamber adjacent to the furnace tubeon, which can be evacuated separately and via a Szhleusentor with the evacuatedPipe of the furnace connected i.-st. The batches: are made with the help of slides thatvacuum-tight to the outside and controllable from the outside, from the Eiüs'h-hbkammer-inthe actual stovepipe and then inserted with another shear into theThe hot zone of the pipe is conveyed: The batches can, however, also be moved using a motorsuccess-n. -The invention and its advantageous embodimentis described in more detail below with reference to the figure.

Die Figur zeigt im Längsschnitt ein Quarzrohr 1o eines Diffusionsofens,das von einer Heizvorrichtung umgeben ist und eine heiße Zone 11 aufweist, die zurDurchführung der erforderlichen Diffusionsprozesse auf ca. lloo bis 12oooC aufgeheiztwird.The figure shows in longitudinal section a quartz tube 1o of a diffusion furnace,which is surrounded by a heating device and has a hot zone 11, which forCarrying out the necessary diffusion processes heated to approx. 100 to 1200oCwill.

Das Quarzrohr 1o ist mit einem weiteren, in drei Teile gegliedertenRohr 9 verbunden. Der dem Quarzrohr benachbarte Teil dieses Rohres besteht aus einemnormalen Diffusionsrohr, dem sich das Einschizb=Diffusionsrohr 5 anschließt. DiesesRohrteil 5 ist über Schleusentore 12 mit den zwei Einschubkammern 4 verbunden. Derletzte Teil 13 des Diffusionsrohres, der sich an das Einschubrohr anschließt, dientzur Aufnahme des Schiebers 8, mit dessen Iiilfe die Charge 14 manuell oder motorischin die heiße Zone 11 befördert und aus dieser Zone nach dem Diffusionsprozess wiederin das Einschub-Diffusionsrohr 5 ` ' zurückgeholt wird. Die Einschubkammern 4 sindüberweitere Schleusentore 3 von außen zugänglich und weisen weitere vakuumdichteingesetzte Schieber 15 auf, mit, deren Hilfe die Chargen 14 durch das geöffneteSchleusentor 12 in das Einschubdiffusionsrohr 5 geschoben werden. Das Quarzrohrlo,und das Diffusionsrohr 9 werden über den Anschlußstutzen-1 evakuiert bzw. belüftet,während die Einschubkammern 4 über gesonderte Anschlußsfiutzen 2evak##t#"ert und belüftet werden können. In das Ofenrohr und r r1 die Einschubkämmernkönnen auch Schieber vakuumdicht eingeschlossen werden, die von außen nicht zugänglichsind. Dann muß der Schieber aus ferromagnetischem Material bestehen, so daß eineVerschiebung von außen mit Hilfe eines magnetischen Feldes, das beispielsweise voneinem Feldmagneten herriihr,t, möglich :ist..The quartz tube 1o is divided into three parts with anotherPipe 9 connected. The part of this tube adjacent to the quartz tube consists of onenormal diffusion tube, which is connected to the insert = diffusion tube 5. ThisPipe part 5 is connected to the two insertion chambers 4 via lock gates 12. Of thelast part 13 of the diffusion tube, which connects to the insertion tube, is usedfor receiving the slide 8, with the help of which the batch 14 is manually or motorizedconveyed into the hot zone 11 and out of this zone again after the diffusion processis brought back into the slide-in diffusion tube 5 '' '. The insertion chambers 4 areOver more lock gates 3 accessible from the outside and have more vacuum-tightinserted slide 15, with the help of which the batches 14 through the openLock gate 12 can be pushed into the push-in diffusion tube 5. The quartz tubelo, and the diffusion pipe 9 are evacuated or ventilated via the connection piece-1,while the insertion chambers 4 have separate connection pieces2can be evacuated and ventilated. In the stovepipe and r r1 the insertion chambersslides that are not accessible from the outside can also be enclosed in a vacuum-tight mannerare. Then the slide must be made of ferromagnetic material, so that aDisplacement from the outside with the help of a magnetic field, for example froma field magnet herriihr, t, possible: is ..

Der erfindungsgemäße Ofen rrmögli:r-llt eine Vielzahl aufeinanderfolgenderDiffuslonsprozesse, dit. ahne Zwischenbelüftung des Ofenrohres durchgeführt UJerden.Hie,Lu wird eine Charge 14 bei geschlossenem Schleusentor 5 durch das Tor 3 in eineEinschubkammer = eingebracht. Danach wird das Tor 3 geschlossen, die galnmer 4 evakuiertund das Schleusentor 5 geöffnet. Eine etwa im Ofen befindliche und bereits dotierteCharge wird gegebenenfalls in eine zweite leere Einschubkammer befördert und danachkann die zu diffundierende Charge mit Hilfe des Schiebers15 in das Einschubdiffusionsrohr5 eingeführt werden. Das Schleusentor 5 wird wieder geschlossen und die Charge mitHilfedes Schiebers 13 in die heiße Zone des Rohres 1o befördert. Die Chargen bestehenvorzugsweise aus einer Vielzahl . von Halbleiterscheiben, beispielsweise aus Silizium,die in einem Behälter untergebracht werden. Hierzu werden die Scheiben in-einemScheibenhalter 6 senkrecht aufgestellt und in denQuarzbehältereingebracht, der bereits das mit Dotierungsmaterial versetzte Diffusionspulver enthält.Dieses Diffusionspulver besteht beispielsweise .aus n- oder, p-dotiertem Siliziummat#,rialsDer Behälter wird.schließlch mit einem Quarzdeckel 7 verschlossen. Da der Quarzdeckel..7. optisch dicht der Chargenoehälter abschließt, erhält. man: ein quasi--dichtesDiffusionsgefäß, aus dem keine Dotierung sstoffe in das Rohrinnere austreten. Aufdiese Weise wird eine Verseuchung des Quarzrohres 9 mit Verunreinigungen verhindert.Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Ofens werden: die Quarzkosten sta.rk,herabgesetzt,da das Quarzrohr 1o sehr. oft verwendet werden kann. Die Ghargenzeiten sind, sehrkurz, da eine Zeischenbelüftung des Ofens nicht mehr erforderli=ch ist.The furnace according to the invention r possible: r-llt a plurality of successive diffusion processes, dit. without intermediate ventilation of the stovepipe. Here, Lu a batch 14 is introduced through the gate 3 into an insertion chamber = with the lock gate 5 closed. Then the gate 3 is closed, the gallery 4 evacuated and the lock gate 5 opened. An approximately in the furnace, and already doped batch is optionally conveyed in a second slot empty chamber and thereafter can be inserted to be diffused batch with the aid of the slide1 5 in the insertion diffusion tube. 5 The sluice gate 5 is closed again and the batch is conveyed into the hot zone of the pipe 1o with the aid of the slide 13. The batches preferably consist of a plurality. of semiconductor wafers, for example made of silicon, which are accommodated in a container. For this purpose, the panes are set up vertically in a pane holder 6 and placed in the quartz container which already contains the diffusion powder mixed with doping material. This diffusion powder consists, for example, of n- or p-doped silicon material. The container is closed with a quartz lid 7. Since the quartz lid ..7. the batch container is optically tight. man: a quasi-tight diffusion vessel from which no dopants escape into the interior of the pipe. In this way, contamination of the quartz tube 9 with impurities is prevented. With the aid of the furnace according to the invention: the quartz costs are greatly reduced, since the quartz tube is very much. can be used many times. The batch times are very short, as the oven does not need to be ventilated.

Claims (1)

Translated fromGerman

P a t: e n t a r1 s p r ii c h e 1) Ofen, insbesondere zum Eindiffundierenvon Störstellen in Halbleiterkörper; dadurch gekennzeichnet, daß an das evakuierbareRohr des Ofens ein Schleusensystem angeschlossen ist, mit dessen Hilfe Chargen ohneZwischenbelüftung des: Rohres in das Rohr eingebracht oder gegen im Rohr befindlicheCIIärgen ausgetauscht werden: 2) Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daßmindestens eine Einschubkammer vorgesehen-ist, die gesondert evakuierbar ist, unddaß diese Einschübkammer über ein Schleüsentor mit dem evakuierbaren Rohr des Ofensverbunden ist. 3) Ofen nach Anspruch -1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumVerschieben der Chargen in den Einschubkammern und im Rohr vakuumdicht: nach außengeführteund von außen steuerbare Schieber vorgesehen sind. 4) Ofen nach Anspruch 1 oder2, dadurch gekennzeichnet, daß im Rohr und in den Esnschubkammern Schieber vakuumdichtangeördnet sind, die von außen mit Hilfe eines magnetischen Feldes verschoben werden.5)Ofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch.gekennzeichnet, daß die Chargen- in den Eirischut;kamrn,,rnund im Rohr des Ofens motorisch verschiebbar sind. 6) Ofen nach Einem dE:r vorhergehendenAnsprüche, dadurch gekennzeichnet., daß die Chargen aus Halbleiterscheiben bestehen,die in eineu mi,t einem Deckel abgeschlossenen Behälter untergebracht sind, ianddaß ,sich in dem Behälter zusätzlich ein F:.inzadi ffiiirldierende StörstellenmaterialenthaltenUS Pulver, befindet. 7) Ofen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daßder Deckel auf dem Behälter optisch dicht abschließt.P a t: e n t a r1 s p r ii c h e 1) Oven, especially for diffusionof imperfections in semiconductor bodies; characterized in that the evacuablePipe of the furnace is connected to a lock system, with the help of which batches withoutIntermediate ventilation of the: pipe introduced into the pipe or against those located in the pipeCllärgen are exchanged: 2) Furnace according to claim 1, characterized in thatat least one insertion chamber is provided which can be evacuated separately, andthat this insertion chamber via a lock gate with the evacuable tube of the furnaceconnected is. 3) furnace according to claim -1 or 2, characterized in that forMoving the batches in the slide-in chambers and in the vacuum-tight tube: outwardly guidedand externally controllable slides are provided. 4) furnace according to claim 1 or2, characterized in that in the tube and in the Esnschubkammern slide vacuum-tightare angeördnet, which are moved from the outside with the help of a magnetic field.5)Oven according to claim 1 or 2, characterized in that the batches in the egg waste;and can be moved by a motor in the tube of the furnace. 6) Furnace after a dE: r precedingClaims, characterized in that the batches consist of semiconductor wafers,which are housed in a container closed with a lid, andthat, in the container, there is also an F:contain US powder, located. 7) furnace according to claim 6, characterized in thatthe lid on the container is optically tight.