DE2061410A1

DE2061410A1 - Preventing condensation at exit end of tube furnace - by auxiliary counterflow gas supply

Info

Publication number: DE2061410A1
Application number: DE19702061410
Authority: DE
Inventors: Manfred DipL-Phys. 7803 Gundelfingen; Lessmann Bernd 7800 Freiburg Dahmen
Original assignee: Deutsche ITT Industries GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Priority date: 1970-12-14
Filing date: 1970-12-14
Publication date: 1972-06-22

Abstract

Condensation on the cold exit end of a diffusion tube furnace is prevented by introducing a contrary flow of gas, which is fed in via an end sealing piece that first over the furnace tube proper. The gas sweeps away any deposits from the tube walls and they are carried along with both streams of gas down a central smaller diameter tube that passes through the centre of the end piece. Premature failure of the quartz tube of the main furnace is avoided and, if a deposit builds up on the end piece. this is easily removed for cleaning or replacing.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Vermeidung von Niederschlägen in den Rohrenden von Diffusionsöfen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermeidung von Niederschlägen in den gegenüber den eigentlichen Diffusionszonen kälteren Rohrenden von Diffusionsöfen, in denen ein mit Dotierungsstoff angereicherter Trägergasstrom über einen auf hoher Temperatur gehaltenen Halbleiterkörper geleitet wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens. Derartige Probleme treten besonders bei der Diffusionsdotierung von Halbleitermaterialien während der Herstellung von Halbleiterbauelementen auf.Method and device for avoiding precipitation in the Tube ends of diffusion furnaces The invention relates to a method of avoidance of precipitation in the pipe ends, which are colder than the actual diffusion zones of diffusion furnaces in which a carrier gas stream enriched with dopant is conducted over a semiconductor body kept at a high temperature, as well as an apparatus for performing such a method. Such problems occur especially in the diffusion doping of semiconductor materials during the Manufacture of semiconductor components.

Man hat bisher schon versucht, Niederschläge von chemischen Verbindungen an kalten Gefäßstellen zu verhindern, da diese im Laufe der Zeit die Gefäße zerstören können oder das Beschicken des Diffusionsofens stören. So existiert bereits aus der USA-Patentschrift 3 338 209 der Vorschlag, den Qu3rschnitt eines Rohres von dem Ende mit dem Anschlußstutzen aus nicht plötzlich, sondern stufenweise zu vergrößern und dadurch eine laminare Strömung des Trägergases zu erzeugen. Da die Niederschläge nicht nur durch die Wirbelbildung im Trägergasstrom sondern auch durch das Temperaturgefälle zum kalten Rohrende hin hervorgerufen werden, kommt es dennoch im Diffusionsofenrohr zu schwer zu beseitigenden Ablagerungen.Attempts have been made so far to precipitate chemical compounds to prevent cold areas of the vessels, as these destroy the vessels over time can interfere with the loading of the diffusion furnace. So already exists out US Pat. No. 3,338,209 proposed to cut the cross-section of a pipe from to enlarge the end with the connecting piece not suddenly, but gradually and thereby generating a laminar flow of the carrier gas. As the rainfall not only due to the vortex formation in the carrier gas flow but also due to the temperature gradient are caused towards the cold pipe end, it still occurs in the diffusion furnace pipe too difficult to remove deposits.

Der Erfindung lag also die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu entwickeln, um Niederschläge der Dotierungsstoffmaterialien oder deren chemische Verbindungen in den Endstücken der Rohre von Diffusionsöfen zu verhindern.The invention was therefore based on the object of a method and a Device to develop in order to deposit the dopant materials or to prevent their chemical compounds in the end pieces of the tubes of diffusion furnaces.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in der Nähe des Endes des Diffusionsofenrohres gegenüber dem Hauptgasstrom ein Gegenstrom eines Gases erzeugt wird, der den mit Dotierungsstoffmaterial beladenen Hauptgasstrom von den Rohrwänden abdrängt und durch den zentralen Teil des Diffusionsofenrohres herausführt.According to the invention this object is achieved in that in the vicinity of the end of the diffusion furnace tube opposite the main gas flow a countercurrent of a Gas is generated, which is loaded with dopant material main gas flow pushes away from the tube walls and through the central part of the diffusion furnace tube leads out.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung trifft der Gegenstrom am Ende der heißen Zone des Diffusionsofenrohres auf den Hauptgasstrom.According to a preferred embodiment of the invention, the countercurrent meets at the end of the hot zone of the diffusion furnace tube on the main gas flow.

Eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders geeignete Vorrichtung wird in Fig. 1 gezeigt. Dahei bedeutet 1 eine Blende zur Abgrenzung des erhitzten Teils des Diffusionsofenrohres 2. An das Diffusionsofenrohr 2 ist der Kernschliff 5 angesetzt, der durch einen Hülsenschliff 4 mit der Verschlußkappe 3 verbunden ist. Die Verschlußkappe 3 besitzt einen nach innen bis in die heiße Zone des Diffusionsofenrohres ragenden rohrförmigen Ansatz 6 sowie die Gasaustrittsöffnung 7 und den Anschluß für das Gegenstromgas 8. Dieses beispielsweise aus Stickstoff bestehende Gegenstromgas fließt an der Wandung des rohrförmigen Ansatzes 6 entlang in die heiße Zone des Diffusionsofenrohres, trifft dort auf den Hauptgasstrom und wird mit diesem zusammen durch das rohrförmige Ansatzstück 6 und die Gasaustrittsöffnung 7 herausgeführt. Durch Einregulierung des Druckes des Gegenstromgases ist es möglich, den mit Dotierungsstoffmaterial beladenen Hauptgasstrom verwirbelungsfrei in den Ansatz 6 zu führen. Auf diese Weise wird die Bildung von Niederschlägen der Dotierungsstoffe oder deren chemische Verbindungen, beispielsweise von So 203 oder ähnlichen B- und P-Verbindungen im Rohr des Diffusionsofens verhindert. Damit wird der vorzeitige Ausfall des Quarzrohres des Diffusionsofens vermieden bzw. dessen Standzeit wesentlich erhöht.A particularly suitable one for carrying out the method according to the invention Apparatus is shown in FIG. Dahei means 1 a screen for demarcation of the heated part of the diffusion furnace tube 2. To the diffusion furnace tube 2 is the core joint 5 is attached, the sleeve joint 4 with the cap 3 is connected. The cap 3 has an inward to the hot Zone of the diffusion furnace tube protruding tubular extension 6 and the gas outlet opening 7 and the connection for the countercurrent gas 8. This, for example, made of nitrogen existing countercurrent gas flows along the wall of the tubular extension 6 into the hot zone of the diffusion furnace tube, where it meets the main gas flow and is together with this through the tubular extension piece 6 and the gas outlet opening 7 led out. By adjusting the pressure of the countercurrent gas, it is possible to the main gas flow loaded with dopant material without turbulence in the Approach 6 to lead. This prevents the formation of precipitates of the dopants or their chemical compounds, for example from So 203 or similar B- and P connections in the pipe of the diffusion furnace. So that will the premature failure of the quartz tube of the diffusion furnace avoided or its Service life significantly increased.

Es wird zwar innerhalb des rohrförmigen Ansatz stückes 6 der Verschlußkappe zur Bildung von Niederschlägen kommen. Die Ansatzstücke 6 lassen sich jedoch aufgrund der Austauschbarkeit der Verschlußkappe leicht und billig reinigen oder ersetzen. Die Erfindung führt so zu einer wesentlichen Senkung der Kosten für die zur Durchführung der Diffusion benötigten Quarzrohre.Although it is within the tubular extension piece 6 of the closure cap cause precipitation to form. The extension pieces 6 can, however, due to the interchangeability of the cap easily and cheaply clean or replace. The invention thus leads to a substantial reduction in the cost of implementation quartz tubes required for diffusion.

Ein weiterer erheblicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß etwaige Niederschläge auf das mit dem Diffusionsofenrohr lösbar verbundene rohrförmige Ansatzstück 6 beschränkt sind und es dadurch beim Einführen bzw. Ausbringen der zu diffundierenden Materialstücke nicht zu einer Verschmutzung oder Beschädigung des Materials und dessen Halter kommt.Another significant advantage of the invention is that any deposits on the tubular which is detachably connected to the diffusion furnace tube Extension piece 6 are limited and thereby when introducing or discharging the The pieces of material to be diffused do not cause contamination or damage of the material and its holder.

Unter Beibehaltung des Gegenstromprinzips läßt sich die Vorrichtung nach der Erfindung verändern. So läßt sich beispielsweise der Anschluß für das Gegenstromgas an eine andere Stelle verlegen, es ist auch möglich, ein weiteres das rohrförmige Ansatzstück 6 konzentrisch umgebende Rohrstück, das den Gegenstrom führt, einzufügen.While maintaining the countercurrent principle, the device can change according to the invention. For example, the connection for the countercurrent gas relocate to another place, it is also possible to use another tubular one Extension piece 6 concentrically surrounding pipe piece, which leads the countercurrent to insert.

Es ist weiterhin möglich, das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung nicht nur beim Diffundieren sondern auch für andere Wärmebehandlungen, beispielsweise für epitaktische Verfahren, zu verwenden.It is also possible to use the method and the device according to Invention not only for diffusion but also for other heat treatments, for example for epitaxial processes.

Claims

PATENT CLAIMS

1. Method of avoiding precipitation of the dopant materials or their chemical compounds in the end pieces of the tubes of diffusion furnaces, characterized in that in the vicinity of the end of the diffusion furnace tube opposite the main gas flow a countercurrent of a gas is generated, which is the main gas flow pushes away from the tube walls and through the central part of the diffusion furnace tube leads out.

2. The method according to claim 1, characterized in that the countercurrent gas meets the main gas flow in the hot zone of the diffusion furnace tube.

3. Device for performing the method according to claims 1 and 2, characterized in that a closure cap at the end of the diffusion furnace tube is releasably attached.

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the closure cap one pointing inwards and reaching into the hot zone of the diffusion furnace tube Has tubular extension which centrally surrounds the gas outlet opening.

5. Device according to claims 3 and 4, characterized in that the closure cap with at least one connection piece for introducing the countercurrent gas is provided.

6. Device according to claims 3, 4 and 5, characterized in that that the end of a quartz diffusion furnace tube (2) with a core cut (5) is provided that in the middle of a sleeve joint (4) a closure cap (3) with the diffusion furnace tube (2) is detachably connected that the Sealing cap (3) provided with connection pieces for the countercurrent gas (8) - and the gas outlet (7) is and that on the cap (3) an inward pointing and into the hot The tubular extension piece (6) reaching the zone of the diffusion furnace tube is melted is, which surrounds the gas outlet opening (7) centrally.

L e r s e i t e