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Vorrichtung zum epitaktischen Abscheiden von Halbleitermaterial
Zum Herstellen von Halbleiterbauelementen wird häufig das als Epitaxie bekannte Verfahren angewendet. Dieses besteht darin, dass man scheibenförmige Halbleitereinkristalle auf eine hohe, jedoch unterhalb des Schmelzpunktes des Halbleiters liegende Temperatur aufheizt und in diesem Zustand in Kontakt mit einem vorzugsweise verdünnten, zur Abscheidung des Halbleiters befähigten Reaktionsgas bringt.
Als Heizquelle ist dabei die Verwendung eines aus elektrisch leitendem und thermisch sowie chemisch beständigem Material, z. B. aus Kohle oder Graphit bestehenden streifenförmigen Trägers vorgesehen, auf den die zu beheizenden Halbleiterscheiben aufgelegt werden. Während des Abscheidebetriebes wird der Träger von einem Heizstrom durchflossen, dessen Stärke so eingestellt wird, dass die mit dem Träger in unmittelbarer Berührung gehaltenen Halb1eiterkristalle sich auf die für die Abscheidung gewünschte hohe Temperatur erhitzen. Gewöhnlich wird als Reaktionsgas ein Gemisch aus Wasserstoff und
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angewendet.
Im Interesse einer besseren Ausnutzung des Reaktionsgases empfiehlt es sich, dieses im wesentlichen vertikal durch die Abscheidungsapparatur strömen zu lassen. Überraschenderweise werden nämlich bei vertikal strömendem Reaktionsgas die epitaktischenSchichten gleichmässiger. Diese Vorteile werden beim erfindungsgemässen Verfahren voll ausgenutzt.
Eine aus der franz. Patentschrift Nr. 1. 308. 788 bekannte Vorrichtung verwendet einen aus zwei streifenförmigen Teilen bestehenden Träger, bei dem die epitaktisch zu beschichtenden Scheiben in Vertiefungen an der Oberfläche des Trägers eingebracht werden. Die beiden streifenförmigen Teile des Trägers sind zueinander parallel und etwa schräg gegen die Vertikale angeordnet.
Demgegenüber bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zum epitaktischen Abscheiden von Halbleitermaterial aus der Gasphase auf einkristalline Halbleiterscheiben, die an Vorsprüngen und/oder Vertiefungen eines aus mindestens zwei streifenförmigen Teilen aus leitendem sowie chemisch und thermisch widerstandsfähigem Material bestehenden Trägers gehaltert und infolge direkter Berührung mit der Oberfläche des elektrisch beheizten Trägers auf die zur Abscheidung des Halbleiters aus einem Reaktionsgas an derOberfläche derHalbleiterscheiben erforderliche Temperatur erhitzt werden und ist dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Teile des Trägers in Form eines gefalteten Daches zusammengesetzt und derart ausgestaltet sind, dass ihre Beheizung während des Abscheidebetriebes in ihrem unteren Teil stärker als in ihrem oberen Teil ist.
In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, u. zw. zeigen Fig. l eine Vorderansicht und Fig. 2 eine Seitenansicht des Trägers, Fig. 3 hingegen einenQuerschnitt durch den Träger, und aus den Fig. 4 und 5 ist zu entnehmen, in welcher Weise beim erfindungsgemässen Verfahren das Reaktionsgas dem Abscheidungsgefäss zugeführt wird.
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Diesen Ausführungen zufolge erhält der Träger etwa die aus den Zeichnungen ersichtliche Gestalt.
Gegebenenfalls kann der Träger mehrmals gefaltet sein, so dass z. B. seine Gestalt an ein "M" erinnert.
Der Träger 1 besteht beispielsweise aus Graphit oder Kohle und ist mit-vorzugsweise aus dem glei- chenStoffbestehenden - Vorsprüngen 2 ausgestattet, die zum Haltern der Scheiben 3 dienen. Wichtig ist dabei die volle Berührung zwischen der Flachseite der Scheibe und dem Träger 1. Auf diese Weise kann ein guter Wärmekontakt zwischen den Scheiben 3 und dem Träger 1 gesichert werden.
Der Querschnitt des Trägers nimmt von unten nach oben zu, so dass oben die Beheizung schwächer als unten wird. Zusätzlich oder stattdessen kann durch - zweckmässig Punkte gleicher Höhe der beiden Schenkel des Trägers verbindende-Nebenschlusswiderstände (Shunts) die Beheizung des Trägers in der gewünschten Weise ausgestaltet werden. Es empfiehlt sich dabei darauf zu achten, dass die mittels eines Pyrometers zu kontrollierende Temperatur am unteren Ende eines um 200 mm hohen Trägers etwa 20 bis 40 C höher als am oberen Ende des Trägers ist. Bevorzugt wird auf einen Unterschied von 300 geachtet. Bei Germanium empfiehlt sich als Mittelwert der einzustellenden Trägertemperaturen eine Temperatur
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liziumkarbid zwischen 1600 und 1 8000C.
Die Abmessungen des Trägers können z. B. wie folgt sein : Höhe L des Trägers etwa 200 mm, Schenkelweite W etwa 30 mm und Breite B 30 mm. Die Weite des"Dachfirstes"ist zweckmä- ssig 5 - 10 mm. Der Querschnitt des Trägers am unteren Ende (durch die Dicke des Trägers eingestellt) beträgt 60 mm2, am oberen Ende dagegen-75 mm2.
Eine weitere Verbesserung der Güte und Gleichmässigkeit der epitaktisch gewonnenen Schichten lässt sich gemäss der weiteren Erfindung erreichen, wenn man die Breite B des dachförmigen Trägers 1 etwas grösser als den Durchmesser der zu beschichtenden Halbleiterscheiben 3 wählt und den Träger in der Mitte etwas einsenkt, so dass die Scheiben am Grunde einer flachen Längsrinne des Trägers aufliegen. Die Tiefe der Rinne braucht nicht mehr als 1 - 2 mm zu betragen. Die Rinne ist in Fig. 3, die einen Querschnitt durch den in den Fig. l und 2 frontal und in seitlicher Ansicht dargestellten Träger zeigt, besonders deutlich erkennbar. Sie wird beiderseits von einer flachen "Böschung" 4 flankiert.
Das Reaktionsgas wird beim Verfahren gemäss der Erfindung zweckmässig in der aus den Fig. 4 und 5 ersichtlichen Weise dem Abscheidungsgefäss zugeführt. Der mit den zu beschichtenden Halbleiterscheiben 3 versehene Träger 1 wird durch eine nicht dargestellte, mit den Schenkeln des Trägers zu verbindende Stromquelle beheizt, die ausserhalb des Reaktionsgefässes anzuordnen ist. Der Träger ist mit dem "First" nach oben in einem glockenförmigen, z. B. aus Quarz bestehenden Reaktionsgefäss 7 montiert, durch dessen Bodenplatte 8 das Reaktionsgas an der Stelle 9 das Reaktionsgefäss verlässt.
Die Zufuhr des Reaktionsgases erfolgt über eine sich gabelnde, rohrartige - zweckmässig ebenfalls aus Quarz beste- hende - Zuleitung 5, die in beidenÄsten mitAustrittslöchern 6 für das frische Reaktionsgas versehen ist. Diese Löcher 6 sind derart einander unmittelbar gegenüberliegend angeordnet, dass das Reaktionsgas horizontal und im wesentlichen tangential zur Wandung des Reaktionsgefässes in den Reaktionsraum einströmt.
Auf diese Weise wird das Reaktionsgas dem Träger 1 und den an dessen Aussenseite befestigten Trägern besonders gleichmässig zugeführt, wenn der Träger l, wie aus den Fig. 4 und 5 ersichtlich, etwa zentral im Reaktionsraum und zwischen den beiden Ästen der Zuleitung 5 derart angeordnet wird, dass die Verbindungsgerade seiner Schenkel senkrecht zur Verbindungsgeraden der beiden Äste der Zuleitung für das frische Reaktionsgas orientiert ist.
Auf die beschriebene und ähnliche Weise lässt sich erreichen, dass das frische Reaktionsgas gleichartig den zu beschichtenden Halbleiterscheiben zugeführt wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zum epitaktischen Abscheiden von Halbleitermaterial aus der Gasphase auf einkristalline Halbleiterscheiben, die an Vorsprüngen und/oder Vertiefungen eines aus mindestens zwei streifenförmigen Teilen aus leitendem sowie chemisch und thermisch widerstandsfähigem Material bestehenden Trägers gehaltert und infolge direkter Berührung mit der Oberfläche des elektrisch beheizten Trägers auf
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zung während des Abscheidebetriebes in ihrem unteren Teil stärker als in ihrem oberen Teil ist.