DE1696061B2 - Hohlkoerper aus quarzglas, insbesondere rohrfoermige quarzglaskoerper, zur verwendung bei unter hohen temperaturen durchzufuehrenden herstellungsverfahren fuer halbleiterbauelemente - Google Patents

Description

Transistoren, integrierten Schaltungen od. dgl. bei- Diese Aufgabe wird nun erfindungsgemäß dadurch

spielsweise zur Dotierung Diffusionsverfahren anzu- 40 gelöst, daß der Körper neben SiO₂ einen Zusatz von wenden. Hierbei wird der Halbleiterkristall bei hohen mehr als 4 ppm bis einige hundert ppm eines Stoffes Temperaturen verschiedenen Gasatmosphären, wie aufweist, der bei Temperaturen oberhalb 1200⁰C beispielsweise einer Phosphor- und/oder Gallium- kein Halbleitergift ist und/oder dessen Diffusionsatmosphäre, ausgesetzt. Der in vielen Fällen platt- geschwindigkeit in SiO₂ bei Temperaturen im Bereich chenförmige Halbleiterkristall ist dabei auf einem 45 zwischen 1200 und 1380° C klein gegenüber der von Trägerkörper, wie Trägerhorde, aus Quarzglas fixiert. Natrium ist. Bewährt haben sich Hohlkörper aus Die mit Halbleiterkristallen beschickte Trägerhorde Quarzglas, bei denen die zusätzlichen Stoffe in der wird zur Durchführung des Diffusionsverfahrens in Oberflächenschicht enthalten sind. Ebenfalls bewährt ein in einem elektrisch beheizten Glühofen angeord- haben sich auch Quarzglaskörper, welche nicht nur in netes Quarzglas-Diffusionsrohr eingebracht. In dem 50 ihrer Oberflächenschicht, sondern auch in ihrem ge-Diffusionsrohr wird dann die zur Dotierung der Halb- samten Volumen neben SiO₂ den zusätzlichen Stoff in leiterkristalle vorbestimmte Gasatmosphäre bei vor- einer Konzentration von 10 bis 800 ppm aufweisen, gegebener Diffusionstemperatur aufrechterhalten. Als zusätzliche Stoffe sind insbesondere sehr geeig-Meist geschieht das in der Weise, daß man das Do- net Elemente der 4. Gruppe des Periodensystems und tierungselement in Form eines Gasstromes durch das 55 deren Verbindungen, wie beispielsweise Silizium, Quarzglasrohr hindurchleitet. Germanium, Kohlenstoff, Zinn, Germaniumoxid,

Die Halbleiterbauelemente müssen aus funktions- Zinnoxid, Siliziumverbindungen, wie Siliziumcarbid, technischen Gründen bestimmte Eigenschaften auf- Siliziumnitrid, sowie Suboxide von Silizium, einzeln weisen, insbesondere hinsichtlich des Diffusionspro- oder im Gemisch. Auch Bor, Phosphor und Antimon fils, der Widerstandswerte und der Lebensdauer der 60 haben sich bewährt. Während man also bisher für die Minoritätsladungsträger. Gerade diese Eigenschaften unter hoher Temperatur durchzuführenden Herstelwerden aber sehr wesentlich vom Grad der Verunrei- lungsverfahren von Halbleiterbauelementen hochnigungen oder auch vom Gehalt an sogenannten reines Quarzglas als Werkstoff für das Diffusionsrohr Halbleitergiften bestimmt, welche im Verlaufe der oder beispielsweise für die Trägerhorde der HaIb-Herstellungsverfahren der Halbleiterbauelemente 65 leiterkristalle verwendete, enthält der Quarzglaskörper möglicherweise in diese hineingelangen. Daher sind gemäß der Erfindung in definierter Weise zusätzliche die Anforderungen an den Reinheitsgrad sowohl was Stoffe. Als sehr überraschend hat sich als wesentdie Ausgangsmaterialien als auch alle übrigen Werk- licher Vorteil der erfindungsgemäßen Quarzglaskörper

herausgestellt, daß sie auch wahrend längerer Verweilzeit bei Temperaturen von etwa 1300⁰C praktisch keine Deformation aufweisen, insbesondere zeigten erflndungsgemäß ausgebildete Difluslonsrohre mit einer Außenoberflächenschicht, welche neben SiO₈ noch einen zusätzlichen Stoff enthält, im Gegensatz zu den bisher verwendeten Diffusionsrohren aus hochreinem Quarzglas praktisch keine Verformungen, Die erfindungsgemäßen Quarzglaskörper ermöglichen es daher, ohne daß die Gefahr des Auftretens schädlicher Nebenwirkungen besteht, beispielsweise die Diffusionsbehandlung von Halbleiterkristallen bei wesentlich höheren Temperaturen als bisher durchzuführen und damit die Zeitdauer der Diffusionsbehandlung der Halbleiterkristalle erheblich zu redu- zieren, weil bekanntlich die Diffusionsgeschwindigkeit exponentiell mit der Temperatur ansteigt.

Erfindungsgemäße Quarzglaskörper, welohe in ihrem ganzen Volumen neben SiO₈ zusätzliche Stoffe in der angegebenen Konzentration enthalten, können in einfacherWeise z. B. derart hergestellt werden, daß man von einer homogenisierten Schmelze ausgeht, welcher die zusätzlichen Stoffe zugegeben wurden.

Für die Herstellung von erfindungsgemäßen Quarzglaskörpern, insbesondere von rohrförmigen Körpern, welche nur in ihrer Oberflächenschicht neben SiO₈ wenigstens einen zusätzlichen Stoff enthalten, bieten sich verschiedene Verfahren an. So ist es beispielsweise möglich, die Oberfläche eines rohrförmigen Körpers aus hochreinem Quarzglas mit dem zusätzlichen Stoff zu beschichten, sei es durch Aufspritzen oder Aufdampfen, insbesondere unter Vakuum, und danach das beschichtete Rohr einem Einbrennprozeß zu unterwerfen.

Claims (5)

1 2 stoffe betrifft, welche unmittelbar oder mittelbar EinPatentansprüche: fluß auf die Verunreinigungsgrade nehmen könnten, in der Technik der Herstellung von Halbleiterbau-

1. Hohlkörper aus Quarzglas, insbesondere elementen außerordentlich hoch. Hinsichtlich der rohrförmiger Quarzglaskörper, zur Verwendung 5 Verwendung von Quarzglas als Werkstoff bei der bei unter hohen Temperaturen durchzuführenden Herstellung von Halbleiterbauelementen hatten diese Herstellungsverfahren für Halbleiterbauelemente, Reinheitsanforderungen zur Folge, daß bisher vordadurch gekennzeichnet, daß der Kör- zugsweise hochreines, weniger als 4ppm metallische per neben SiO₂ einen Zusatz von mehr als 4 ppm Gesamtverunreinigungen enthaltendes, keine Absorpbis einige hundert ppm eines Stoffes aufweist, der io tionskanten im Wellenlängenbereich von 2600 bis bei Temperaturen oberhalb 1200° C kein Halb- 2800 nm aufweisendes Quarzglas als Werkstoff für leitergift ist und/oder dessen Diffusionsgeschwin- die Trägerhorden der Halbleiterkristalle und für das digkeit in SiO₂ bei Temperaturen im Bereich zwi- Diffusionsrohr zur Anwendung gelangte.

sehen 1200 und 1380° C klein gegenüber der von Um die Zeitdauer der Diffusionsbehandlung der

Natrium ist. 15 Halbleiterkristalle so kurz wie möglich zu halten,

2. Quarzglaskörper nach Anspruch 1, dadurch wird die Diffusionsbehandlung bei möglichst hoher gekennzeichnet, daß der zusätzliche Stoff im gan- Temperatur durchgeführt, weil die Diffusionsgeschwinzen Volumen verteilt ist. digkeit mit Erhöhung der Temperatur stark ansteigt.

3. Quarzglaskörper nach Anspruch 1, dadurch Die obere Temperaturgrenze, bei der in technischem gekennzeichnet, daß der zusätzliche Stoff in der ao Maßstab Diffusionsbehandlungen durchgeführt wer-Oberflächenschicht enthalten ist. den, liegt im Bereich von etwa 1200 bis 1280° C. Oft

4. Quarzglaskörper nach den Ansprüchen 1 wird die Diffusionsbehandlung jedoch bei einer Tembis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zusatz- peratur unterhalb von 1200° C durchgeführt, weil das liehe Stoff aus Silizium, Germanium, Kohlenstoff, ständig im Glühofen verbleibende Quarzglasdiffusions-Zinn und/oder Verbindungen dieser Elemente be- as rohr im angegebenen Temperaturbereich sich plastisch steht. so wesentlich verformt, daß die Trägerhorden mit den

5. Quarzglaskörper nach Anspruch 4, dadurch Halbleiterkristallen nicht mehr in die Rohre passen, gekennzeichnet, daß die Verbindungen Silizium- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen carbid, Siliziumnitrid, ein Siliziumsuboxid, Ger- Hohlkörper aus Quarzglas, insbesondere einen rohrmaniumoxid und/oder Zinnoxid sind. 30 förmigen Quarzglaskörper, zu finden, der so beschaffen ist, daß durch ihn weder unmittelbar noch mittelbar bei unter hohen Temperaturen durchzuführenden

._ Herstellungsverfahren für Halbleiterbauelemente Verunreinigungen oder Halbleitergifte in den Halbleiter-35 kristall gelangen können und daß er ohne schädliche Nebenwirkungen, insbesondere Diffusionsbehandlun-

Es ist bekannt, bei der Herstellung von Halbleiter- gen, bei noch höheren Temperaturen als bisher gebauelementen, wie Dioden, Vierschichtendioden, stattet.