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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 Halbleiterkristalle auf eine hohe, jedoch unterhalb des Schmelzpunktes des Halbleiters liegende Temperatur aufheizt und in diesem Zustand in Kontakt mit einem-vorzugsweise mit reinem Wasserstoffgas verdünnten-zur Abscheidung des Halbleiters befähigten Reaktionsgas bringt.
Als Heizquelle ist dabei die Verwendung eines aus elektrisch leitendem und thermisch sowie chemisch beständigemMaterial, 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 elektrischen Heizstrom durchflossen, dessen Stärke so eingestellt wird, dass die mit dem Träger in unmittelbarer Berührung gehaltenen Halbleiterscheiben sich auf die für die Abscheidung benötigte hohe Temperatur erhitzen. Gewöhnlich wird als Reaktionsgas ein Gemisch aus Wasserstoff und einem flüchtigen und daher leicht zu reinigendenHalogenid des Halbleiters verwendet, z.
B. bei Germanium die Verbindungen Gel4, GeClz und GeHCls bzw. die entsprechenden Brom- oder Jodverbindungen. Epitaktische Abscheidung und damit auch das erfindungsgemässe Verfahren lässt sich unter anderem bei Silizium, Germanium, Siliziumkarbid und AIIIBV-Verbindungen anwenden.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung für das epitaktische Abscheiden von Halbreitermaterial aus der Gasphase auf eine einkristalline Halbleiterscheibe, die infolge direkter oder mittelbarer Berührung mit einem elektrisch auf hohe Temperatur aufgeheizten, aus chemisch und thermisch widerstandsfähigem Material bestehenden Träger auf die zur Abscheidung des Halbleiters erforderliche hohe Temperatur erhitzt und die zu beschichtende Halbleiterscheibe in eine ihr bezüglich Querschnitt und Höhe angepasste Vertiefung an der Oberseite des vorzugsweise horizontal gehalterten, bandförmigen Trägers angebracht wird und ist dadurch gekennzeichnet, dass ein sich unterhalb des Trägers befindender.
Teil
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ren würde, indem der dem Träger bezüglich Abmessungen und stofflicher Beschaffenheit gleiche, sich unter ihm befindende und mit ihm in Wärmeaustausch gehaltene Zuleitungsteil zum Träger in so geringem Abstand a von diesem angeordnet wird, dass es gerade noch zu keinem Kurzschluss zwischen dem Zuleitungsteil und dem Träger kommt.
Ausserdem empfiehlt es sich, den bandförmigen Träger derart auszugestalten, dass mehrere entsprechend der erfindungsgemässen Lehre, also jeweils in eine individuell angepasste Vertiefung an der Oberseite des Trägers einzubringende Halbleiterscheiben. zugleich beschichtet werden können. Diese Vertiefungen sind zweckmässig in einer sich parallel zur Trägerachse erstreckenden Reihe angeordnet. Die Zufuhr an Reaktionsgas wird bevorzugt derart vorgenommen, dass das Gas dem Träger - wenigstens soweit er mit den Halbleiterscheiben bestückt ist, gleichmässig zugeführt wird.
Dies lässt sich besonders zweckmässig erreichen, wenn die Zufuhr an frischem Reaktionsgas durch zwei sich an diametral gegenüberliegenden Stellen des für die Abscheidung vorgesehenen Reaktionsgefässes, insbesondere rechts und links des Trägers angeordnete, sich horizontal und parallel zum Träger erstreckende Zweige einer Gaszuführung
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erfolgt, die jeweils mit zwei Reihen vos Austrittslöchern längs zweier ihrer Mantellinien derart versehen sind, dass das Reaktionsgas im wesentlichen tangential zur Wandung des-bevorzugt die Gestalt eines horizontal gehalterten Zylinders, insbesondere Kreiszylinders aufweisenden - Reaktionsgefässes austritt. Dies ist im einzelnen in Fig. 4 dargestellt.
Bei Verwendung eines Trägers mit (bis auf die Vertiefungen für die aufzunehmenden Scheiben) ebener Oberseite wird diese Oberseite während des Abscheidebetriebes zweckmässig derart gehaltert, dass sämtliche im ebenen Teil dieser Oberseite möglichen Geraden horizontal liegen.
Die erfindungsgesmässe Vorrichtung lässt sich am einfachsten und sichersten realisieren, wenn der sich unterhalb des Trägers erstreckende Teil einer Zuleitung in stofflicher und dimensioneller Hinsicht dem Träger völlig gleich ist. Insbesondere schliesst dies auch die gleiche Gestalt ein. Ausserdem sind der Träder und der betreffende Zuleitungsteil als parallele Bänder im Reaktionsgefäss anzuordnen. Man kommt dann zu der in Fig. 1 skizzierten Anordnung. Unterhalb des mit den Vertiefungen 2 für die aufzunehmenden Halbleiterscheiben an seiner Oberseite versehenen Trägers 1 erstreckt sich parallel zu diesem ein ebenfalls bandförmiger und mit dem Träger gleich dimensionierter bandförmiger Teil 3 der einen Zuleitung für den Heizstrom. Der Träger 1 und der Zuleitungsteil 3 sind elektrisch mit einem weiteren Zuleitungsstück 4 miteinander verbunden.
Diese Verbindung erstreckt sich zwischen zwei einander gegenüberliegenden Stirnseiten der beiden Körper 1 und 3 und besitzt zweckmässig die gleiche Stärke und vorzugsweise auch die gleiche Breite wie die Körper 1 und 3 an den zu überbrückenden Stirnseiten. Zwischen die beiden ändern Stirnseiten der Körper l und 3 ist mittels weiterer Zuleitungs- teile 5 und 6 eine Heizstromquelle 7 gelegt.
Die Lehre der Erfindung wird umso sicherer erfüllt, je geringer der Abstand a zwischen dem eigent- lichen Träger 1 und dem Zuleitungsteil 3 gewählt ist. Deshalb schlägt die Erfindung weiter vor, dass der Abstand zwischen demTräger und dem sich unter ihm befindenden. Zuleitungsteil 3 gerade noch so klein eingestellt ist, als dies, ohne den Teil 4 der Zuleitung kurzzuschliessen. gerade noch möglich ist.
Der Zwischenraum zwischen demTräger l und dem sich unter ihm befindenden Teil der Zuleitung ist leer oder mit Quarz angefüllt. Insbesondere wird auch der Teil 3 nicht als Träger für zu beschichtende Scheiben benutzt.
Der Träger 1 und die Zuleitungsteile 3 und 4 bilden zweckmässig einen einzigen, aus einem einzigen Werkstück gefertigten Körper, z. B. aus Kohle oder Graphit.
Eine weitere Verbesserung im Sinne einer Temperaturvergleichmässigung kann erzielt werden, wenn der Träger 1 und zweckmässig auch der sich unter ihm befindende und mit ihm in Wärmeaustausch stehende Zuleitungsteil 3 an beiden Enden etwas verjüngt sind. Hiedurch lässt sich die an solchen Stellen vermehrte Wärmeabgabe durch eine verstärkte lokale Beheizung kompensieren.
DiesistinFig. 2dargestellt.DereigentlicheTräger1unddieZuleitungsteile3und4derAnordnung gemäss Fig. 1 sind hier zu einem einzigen Körper 11 vereinigt, der an seinen unmittelbareinander gegenüberliegenden Enden 9 und 10 über die weiteren Zuleitungen 5 und 6 an die Heizstromquelle 7 gelegt ist. Die Vertiefungen für die Halbleiterscheibe an der Oberseite des Trägers sind mit 16 bezeichnet. Die etwa 10-30% der sonstigen Breite beispielsweise betragende Verjüngung an den Enden ist deutlich zu erkennen.
Ebenso wichtig wie zur Vergleichmässigung der Temperatur an der Oberseite des Trägers und damit für die Vergleichmässigung der Abscheidung dienenden bisher beschriebenen Massnahmen ist die Ausgestaltung der Vertiefungen für die Scheiben von Bedeutung. Die Grundfläche entspricht dabei der Grundfläche der Scheibe, während die Tiefe so zu wählen ist, dass die Oberseite der Scheibe mit dem oberen Rand der sie aufnehmenden Vertiefung mindestens ungefähr abschneidet. Ausserdem empfiehlt es sich, die seitliche Wandung der Vertiefung schräg gegen die Oberseite des Trägers und den Boden der Vertiefung verlaufen zu lassen. Besonders günstig ist ein Böschungswinkel von etwa 450.
Die anzustrebenden Verhältnisse sind aus Fig. 3 ersichtlich. Der mit 1 bezeichnete Träger ist an seiner Oberseite mit einer Vertiefung 2 versehen, die eine zu beschichtende Scheibe 8 aufnimmt.
Man erkennt deutlich das Abschneiden der Oberseite der Scheibe 8 mit dem oberen Rand der Vertiefung 2 sowie den durch die Neigung der Seitenwand der Vertiefung 2 gegebenen Spielraum, der im Interesse der Gleichmässigkeit der Beschichtung sehr klein gehalten ist, aber dennoch das Ablösen der Scheiben nach erfolgter Beschichtung sehr erleichtert.
Im Interesse der Reinheit des abzuscheidenden Materials ist es vielfach zweckmässig, wenn der Träger und alle andern aus leitendem Material, z. B. Kohle oder Metall bestehenden Teile der zu verwendenden Apparatur mit besonders beständigem und reinem Überzugsmaterial abgedeckt sind. So können z. B. Überzüge aus hochreinem Six2, dite an der Oberfläche des Trägers und aller andern der Stromleitung
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dienenden Teile. aufgebracht sind, die Reinheit des abgeschiedenen Materials sehr fördern. In diesem Falle befinden sich die Vertiefungen an der Oberseite des Trägers mindestens zum Teil im Überzugsmaterial, so dass die Erhitzung des Trägers nicht durch unmittelbare, sondern durch mittelbare Berührung mit dem beheizten Träger erfolgt.
Wenn der Überzug ausSiO, z. B. Quarz, oder einem andern gut wärmeleitenden Material besteht, genügt es, wenn die die zu beschichtenden Scheiben aufnehmenden Vertiefungen an der Oberseite des Trägers sich nur noch in das Überzugsmaterial hineinerstrecken. Dann wird auch die Oberseite des Trägers 1 glatt, so dass auf sie ein aufschieb-und abziehbarer Überzug angewendet werden kann. Dieser Überzug ist dann zweckmässig als rechteckige, an dem einen Ende abgeschlossene Hülse ausgestaltet, die gleichzeitig über die beiden Teile 3 und 4 einer Anordnung gemäss Fig. 1 (oder der ihr entsprechenden Teile der Anordnung gemäss Fig. 2) von der Seite des Teiles 4 her aufgezogen wird. Die Anordnung ist in Fig. 4 dargestellt.
Durch die Anwendung einer solchen Hülse wird ebenso wie durch die Verwendung eines aus SiOa bestehenden, fest aufgebrachten Überzuges auf dem Träger und den sich im Inneren des Abscheidungsgefässes befindenden Teilen der Zuleitung erreicht, dass mindestens teilweise eine Abschirmung der zu beschichtenden Scheiben gegen die Einwirkung von Stoffen erzielt wird, die stärker als SiOz oder Quarz zu Verunreinigungen des Halbleiters führen. Gerade im Hinblick auf die Reinhaltung dargestellten Materials hat sich ein aus Quarz bestehendes Reaktionsgefäss, bei dem der Reaktionsraum ausser von dem zu beschichtenden Halbleiter nur von Quarz und keinem andern festen Stoff begrenzt ist, sogar bei der Darstellung von Silizium besonders bewährt.
In Fig. 4 ist 12 eine aus Quarz bestehende, langgestreckte, zylindrische Reaktionsglocke in horizontaler Lage dargestellt. Die Glocke 12 ist links durch eine Quarzscheibe 13 und eine mit der Quarzscheibe verbundene rechteckigeQuarzhülse 14, die sich vomZentrum der Quarzscheibe 13 ins Innere der Reaktionsglocke 12 erstreckt, abgeschlossen. Durch die Quarzscheibe 13 erstrecken sich ausserdem beiderseits der Quarzhülse 14 ebenfalls ausQuarzbestehende, rohrförmige Gaszuführungen 15, 16, die im Parallelbetrieb das Reaktionsgas den zu beschichtenden Scheiben 8 zuführen. Ausserdem ist eine Austrittsstelle 18 für das verbrauchte Reaktionsgas vorgesehen.
Zum Zwecke der Aufnahme der zu beschichtenden Scheiben 8 sind an der Oberseite der quaderförmigen Quarzhülse 12 Vertiefungen 2 in die Quarzwand eingelassen, die in der oben beschriebe- nen Weise nach den bereits offenbarten Gesichtspunkten bemessen sind. Im Inneren der Quarzhülse erstreckt sich, diese der Länge, Breite und Tiefe nach möglichst ausfüllend, der Träger 1 mit seiner elektrischen Zuleitung 3 entsprechend den Fig. 1-3, wobei jedoch die Vertiefungen an der Oberseite des Trägers 1 nicht mehr notwendig sind.
Die Quarzglocke 12 erstreckt sich über die sie abschliessende Quarzscheibe 13 noch weiter nach links und wird endgültig von einer beispielsweise aus Metall bestehenden Platte 17 abgeschlossen. In der Abschlussplatte sind die Halterungen 19 für den Träger 1 und seine Zuleitung (also die für die Teile 1 und 3 einerAnordnung nach Fig. l) vorgesehen. Ferner sind durch diese Platte 17 die weiteren elektrischen Zuleitungen 5, 6 zu dem im Inneren der Quarzhülse angeordneten Träger 1 bzw. Heizer für die zu beschichtenden Kristalle hindurchgeführt, wobei natürlich für entsprechende Isolation des Trägers 1 von dem mit ihm in Wärmeaustausch stehenden Zuleitungsteil 3 zu achten ist.
Ferner ist einer Durchführung 20 für den Austritt des verbrauchten Reaktionsgases 20 sowie je eine Durchführung 21, 11 für die beiden Gaszuleitungen 15, 16 durch die endgültige Abschlussplatte 17 der Anordnung vorgesehen.
In Fig. 4 ist die Anordnung von oben her betrachtet dargestellt. Die beiden Gaszuleitungen 15, 16 befinden sich dann seitlich neben der Quarzhülse 14 und erstrecken sich soweit neben ihr, so weit die Quarzhülse 14 mit den zu beschichtenden Scheiben 8 belegt werden soll. Sowohl an der Vorder-
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das frische Reaktionsgas vorgesehen. Das Gas tritt also tangential zur Wand des Reaktionsraumes aus, was besonders günstig für das gleichmässige Wachstum der epitaktischen Schichten auf den zwischen den beiden Zuleitungen in einer sich längs dieser Zuleitungen angeordneten Reihe von zu beschichtenden Halbleiterscheiben ist.
Zweckmässige Dimensionen werden an Hand der Fig. 2 und 3 gegeben. Sie beziehen sich auf die in den Figuren ersichtlichen, mit Buchstaben bezeichneten Abmessungen. Länge des Trägers 1 und des Teiles 3 1 = 28-30 cm, Breite b dieser Teile = 3 cm, Dicke d dieser Teile = 0, 3 cm, Abstand a zwischen dem Träger l und dem Zuleitungsteil 3 = 0, 3 cm, D = Durchmesser der Substratscheiben, t = Höhe der Substratscheiben = Tiefe der in die Oberseite des bzw. in die Oberseite derum-
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gebenden Quarzhülse eingelassenen Vertiefungen für die aufzunehmenden Substratscheiben.
In einzelnen Fällen, vor allem wenn es sich um die Herstellung sehr dünner epitaktischer Schichten handelt, kann auch auf die Anwesenheit solcher Vertiefungen im Träger bzw. in der Quarzhülse verzichtet werden.
Die beschriebenen Möglichkeiten gemäss der Erfindung sind besonders günstig, um die erfindungsgemässe Vorrichtung zu realisieren, da sie durch eine besonders einfach zu realisierende Konstruktion des Trägers sowie der elektrischen Zuleitung 3 die zwangsläufige Erstellung der erfindungsgemässen Vorrichtung mit sich bringen. Es bestehen jedoch noch andere Möglichkeiten, um das Verlangte zu leisten.
Eine Möglichkeit erzwingt das verlangte Strahlungsgleichgewicht zwischen der Unterseite des Trägers und dem mit ihr in Wärmeaustausch stehenden Zuführungsteil durch unterschiedliche Bemessung und Gestaltung, eine andere Möglichkeit nimmt zu diesem Zweck die Mittel der Wärmeisolation für den zwischen Träger und Zuleitung befindlichen Raum zu Hilfe, während schliesslich das Strahlungsgleichgewicht durch optische Spiegelungen und unterschiedliche Beheizung von Zuleitung und Träger erreicht werden kann.
Die Vorteile solcher Mittel können beispielsweise auch bei der inFig. 4 dargestellten Anordnung angewendet werden, indem man z. B. die Seitenwände der Quarzhülse 14 (gegebenenfalls auch deren untere Wand) an der Innenseite mit einem nach innen spiegelnden Überzug versieht, wodurch seitliche Wärmeverluste stark reduziert werden können.
Die Vorteile der erfindungsgemässen Vorrichtung sind vor allem gleichmässigeBeheizung der Scheiben, Vermeidung der Entstehung konvex oder konkav gekrümmter epitaktischer Schichten und eine verhältnismässig rasche Beschichtung bei im Vergleich zu den bekannten Anordnungen geringem Energieauf- wand. Die in Fig. 4 dargestellteanordnung sichertausserdem maximalefreiheit des abgeschiedenen Halbleiters von unerwünschten Verunreinigungen, vor allem auch deshalb, weil die nach einer Seite gezogenen elektrischen Anschlüsse der Anordnung die DurchfAhrung und Halterung praktisch an einer einzigen Stelle des Gehäuses und damit eine wirksame Abschirmung des Reaktionsraumes von dieser Stelle ermöglichen.
Es kann zweckmässig sein, wenn die zu beschichtende Halbleiterscheibe entweder nur am Rande oder nur in ihrem Zentrum satt an der Unterlage aufliegt. Die satt aufliegenden Stellen stehen mit der Unterlage in direktem Wärmeleitungskontakt und werden deshalb stärker aufgeheizt als die nicht satt aufliegenden Stellen. Man hat also auf diese Weise ein Mittel in der Hand, um entweder den Rand der Scheibe oder deren Zentrum stärker aufzuheizen. Eine stärkere Aufheizung am Scheibenrand erscheint zweckmässig bei konkaven Scheiben oder bei planen Scheiben, da erfahrungsgemäss solche Scheiben bei gleichmässiger Wärmezufuhr am Rande kühler bleiben. Hingegen empfiehlt es sich. konvexe Scheiben mitunter im Zentrum stärker zu beheizen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung für das epitaktische Abscheiden von Halbleitermaterial aus der Gasphase auf eine einkristalline Halbleiterscheibe, die infolge direkter oder mittelbarer Berührung mit einem elektrisch auf hohe Temperatur aufgeheizten, aus chemisch und thermisch widerstandsfähigem Material bestehenden Träger auf die zurAbscheidung des Halbleiters erforderliche hohe Temperatur erhitzt und die zu beschichtende Halbleiterscheibe in eine ihr bezüglich Querschnitt und Höhe angepasste Vertiefung an der Oberseite des vorzugsweise horizontal gehalterten, bandförmigen Trägers angebracht wird, dadurch ge- kennzeichnet,
dass ein sich unterhalb des Trägers befindender Teil einer elektrischen Zuleitung der Unterseite des Trägers je Flächen- und Zeiteinheit etwa ebenso viel Wärme zustrahlt als anderseits die Flächeneinheit der Trägerunterseite gleichzeitig durch die Abstrahlung verlieren würde, indem der dem
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von diesem angeordnet wird, dass es gerade noch zu keinem Kurzschluss zwischen dem Zuleitungsteil (3) und dem Träger (1) kommt.
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Device for the epitaxial deposition of semiconductor material
The method known as epitaxy is often used to manufacture semiconductor components. This consists in heating disk-shaped semiconductor crystals to a high temperature, but below the melting point of the semiconductor, and in this state brought into contact with a reaction gas capable of depositing the semiconductor, preferably diluted with pure hydrogen gas.
The use of an electrically conductive and thermally and chemically resistant material, e.g. B. provided of carbon or graphite existing strip-shaped carrier on which the semiconductor wafers to be heated are placed. During the deposition operation, an electrical heating current flows through the carrier, the strength of which is set so that the semiconductor wafers held in direct contact with the carrier are heated to the high temperature required for the deposition. Usually a mixture of hydrogen and a volatile and therefore easy to clean halide of the semiconductor is used as the reaction gas, e.g.
B. with germanium the compounds Gel4, GeClz and GeHCls or the corresponding bromine or iodine compounds. Epitaxial deposition and thus also the method according to the invention can be used, inter alia, for silicon, germanium, silicon carbide and AIIIBV compounds.
The invention relates to a device for the epitaxial deposition of half-rider material from the gas phase on a single-crystal semiconductor wafer, which as a result of direct or indirect contact with an electrically and thermally resistant material made of chemically and thermally resistant material on the carrier required for the deposition of the semiconductor high temperature and the semiconductor wafer to be coated is placed in a recess adapted to its cross-section and height on the upper side of the preferably horizontally held, band-shaped carrier and is characterized in that one is located below the carrier.
part
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This would be done by arranging the lead part to the carrier, which is the same as the carrier in terms of dimensions and material properties, located under it and held in heat exchange with it, at such a small distance a from the carrier that there is just no short circuit between the lead part and the carrier comes.
In addition, it is advisable to configure the strip-shaped carrier in such a way that several semiconductor wafers are to be introduced in accordance with the teaching according to the invention, that is to say in each case in an individually adapted recess on the upper side of the carrier. can be coated at the same time. These depressions are expediently arranged in a row extending parallel to the carrier axis. The supply of reaction gas is preferably carried out in such a way that the gas is supplied uniformly to the carrier - at least as far as it is equipped with the semiconductor wafers.
This can be achieved particularly expediently if the supply of fresh reaction gas is through two branches of a gas supply that extend horizontally and parallel to the carrier and are arranged at diametrically opposite points of the reaction vessel provided for the deposition, in particular to the right and left of the carrier
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which are each provided with two rows of outlet holes along two of their surface lines in such a way that the reaction gas emerges essentially tangentially to the wall of the reaction vessel, which preferably has the shape of a horizontally held cylinder, in particular a circular cylinder. This is shown in detail in FIG.
When using a carrier with a flat upper side (except for the depressions for the slices to be received), this upper side is expediently supported during the separation operation in such a way that all possible straight lines in the flat part of this upper side are horizontal.
The device according to the invention can be implemented most simply and most safely if the part of a supply line extending below the carrier is completely identical to the carrier in terms of material and dimensions. In particular, this also includes the same shape. In addition, the wheels and the relevant supply line are to be arranged as parallel bands in the reaction vessel. The arrangement outlined in FIG. 1 is then reached. Below the carrier 1, which is provided with the depressions 2 for the semiconductor wafers to be received on its upper side, a likewise band-shaped part 3 of the one feed line for the heating current extends parallel to the latter and is also of the same dimensions as the carrier. The carrier 1 and the lead part 3 are electrically connected to one another with a further lead piece 4.
This connection extends between two opposite end faces of the two bodies 1 and 3 and expediently has the same thickness and preferably also the same width as the bodies 1 and 3 on the end faces to be bridged. A heating current source 7 is placed between the two other end faces of the bodies 1 and 3 by means of further supply line parts 5 and 6.
The teaching of the invention is fulfilled all the more reliably the smaller the distance a between the actual carrier 1 and the supply line part 3 is selected. Therefore, the invention further proposes that the distance between the support and the one below it. Lead part 3 is set just as small as this without short-circuiting part 4 of the lead. is just possible.
The space between the carrier 1 and the part of the supply line located below it is empty or filled with quartz. In particular, part 3 is also not used as a carrier for panes to be coated.
The carrier 1 and the lead parts 3 and 4 expediently form a single body made from a single workpiece, e.g. B. made of carbon or graphite.
A further improvement in the sense of a temperature equalization can be achieved if the carrier 1 and expediently also the supply line part 3 located below it and exchanging heat with it are slightly tapered at both ends. In this way, the increased heat dissipation at such points can be compensated for by increased local heating.
This is in Fig. 2. The actual supports 1 and the supply line parts 3 and 4 of the arrangement according to FIG. 1 are combined here to form a single body 11, which is connected to the heating current source 7 at its directly opposite ends 9 and 10 via the further supply lines 5 and 6. The depressions for the semiconductor wafer on the upper side of the carrier are denoted by 16. The tapering at the ends, which is approximately 10-30% of the remaining width, can clearly be seen.
The design of the depressions for the wafers is just as important as the measures described so far for equalizing the temperature on the upper side of the carrier and thus for making the deposition more uniform. The base area corresponds to the base area of the disk, while the depth is to be selected so that the top of the disk intersects at least approximately with the upper edge of the recess receiving it. In addition, it is advisable to let the side wall of the recess run obliquely against the top of the carrier and the bottom of the recess. An angle of repose of around 450 is particularly favorable.
The conditions to be striven for are shown in FIG. 3. The carrier designated by 1 is provided on its upper side with a recess 2 which receives a disc 8 to be coated.
One can clearly see the cutting of the upper side of the disc 8 with the upper edge of the recess 2 as well as the clearance given by the inclination of the side wall of the recess 2, which is kept very small in the interest of the uniformity of the coating, but the disks are detached after the Coating very relieved.
In the interests of the purity of the material to be deposited, it is often useful if the carrier and all others are made of conductive material, e.g. B. coal or metal existing parts of the equipment to be used are covered with particularly resistant and pure coating material. So z. B. Coatings made of high purity Six2, dite on the surface of the carrier and all other lines of the power line
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serving parts. are applied, promote the purity of the deposited material very much. In this case, the depressions on the upper side of the carrier are at least partly in the coating material, so that the carrier is not heated by direct, but by indirect contact with the heated carrier.
If the coating is made of SiO, e.g. B. quartz, or another material with good thermal conductivity, it is sufficient if the recesses on the upper side of the carrier that receive the disks to be coated only extend into the coating material. The upper side of the carrier 1 then also becomes smooth, so that a cover that can be pushed on and pulled off can be applied to it. This coating is then expediently designed as a rectangular sleeve closed at one end, which simultaneously covers the two parts 3 and 4 of an arrangement according to FIG. 1 (or the corresponding parts of the arrangement according to FIG. 2) from the side of part 4 is raised here. The arrangement is shown in FIG.
By using such a sleeve, as well as by using a permanently applied coating made of SiOa on the carrier and the parts of the supply line located inside the separation vessel, the panes to be coated are at least partially shielded against the effects of substances is achieved, which lead to contamination of the semiconductor more strongly than SiOz or quartz. With a view to keeping the material shown clean, a reaction vessel made of quartz, in which the reaction space is limited by the semiconductor to be coated only by quartz and no other solid material, has proven particularly useful even for the production of silicon.
In Fig. 4, an elongated, cylindrical reaction bell made of quartz is shown in a horizontal position. The bell 12 is closed on the left by a quartz disk 13 and a rectangular quartz sleeve 14 connected to the quartz disk and extending from the center of the quartz disk 13 into the interior of the reaction bell 12. In addition, tubular gas feeds 15, 16, which are also made of quartz and which, in parallel operation, feed the reaction gas to the disks 8 to be coated, extend through the quartz disk 13 on both sides of the quartz sleeve 14. In addition, an exit point 18 is provided for the used reaction gas.
For the purpose of receiving the panes 8 to be coated, recesses 2 are made in the quartz wall on the upper side of the cuboid quartz sleeve 12 and are dimensioned in the manner described above according to the aspects already disclosed. In the interior of the quartz sleeve, the carrier 1 with its electrical lead 3 extends as far as possible, filling it in length, width and depth as shown in FIGS. 1-3, although the depressions on the upper side of the carrier 1 are no longer necessary.
The quartz bell 12 extends even further to the left over the quartz disk 13 that closes it off and is finally closed by a plate 17 made of metal, for example. The holders 19 for the carrier 1 and its supply line (that is to say those for the parts 1 and 3 of an arrangement according to FIG. 1) are provided in the end plate. Furthermore, the further electrical leads 5, 6 to the carrier 1 or heater for the crystals to be coated arranged in the interior of the quartz sleeve are passed through this plate 17, whereby of course for appropriate insulation of the carrier 1 from the lead part 3 which is in heat exchange with it is eighth.
Furthermore, a passage 20 for the exit of the used reaction gas 20 and a passage 21, 11 each for the two gas feed lines 15, 16 through the final closing plate 17 of the arrangement are provided.
4 shows the arrangement viewed from above. The two gas supply lines 15, 16 are then located laterally next to the quartz sleeve 14 and extend next to it as far as the quartz sleeve 14 is to be covered with the panes 8 to be coated. Both on the front
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the fresh reaction gas provided. The gas thus emerges tangentially to the wall of the reaction space, which is particularly favorable for the uniform growth of the epitaxial layers on the semiconductor wafers to be coated between the two feed lines in a row of semiconductor wafers arranged along these feed lines.
Appropriate dimensions are given with reference to FIGS. 2 and 3. They relate to the dimensions indicated by letters and shown in the figures. Length of the carrier 1 and the part 3 1 = 28-30 cm, width b of these parts = 3 cm, thickness d of these parts = 0.3 cm, distance a between the carrier 1 and the supply part 3 = 0.3 cm, D = Diameter of the substrate disks, t = height of the substrate disks = depth of the in the top of or in the top of the
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giving the quartz sleeve embedded recesses for the substrate wafers to be received.
In individual cases, especially when it comes to the production of very thin epitaxial layers, the presence of such depressions in the carrier or in the quartz sleeve can also be dispensed with.
The described possibilities according to the invention are particularly favorable for realizing the device according to the invention, since they entail the inevitable creation of the device according to the invention due to a particularly easy to realize construction of the carrier and the electrical supply line 3. However, there are other ways of doing what is requested.
One possibility enforces the required radiation equilibrium between the underside of the carrier and the supply part which is in heat exchange with it through different dimensioning and design; another possibility uses the means of thermal insulation for the space between the carrier and the supply line for this purpose, while finally the Radiation equilibrium can be achieved through optical reflections and different heating of the supply line and carrier.
The advantages of such agents can also be found in the inFig. 4 shown arrangement can be applied by z. B. provides the side walls of the quartz sleeve 14 (possibly also its lower wall) on the inside with an inwardly reflective coating, whereby lateral heat losses can be greatly reduced.
The advantages of the device according to the invention are, above all, uniform heating of the panes, avoidance of the formation of convex or concave curved epitaxial layers, and a relatively quick coating with low energy consumption compared to the known arrangements. The arrangement shown in Fig. 4 also ensures maximum freedom of the deposited semiconductor from undesired impurities, especially because the electrical connections of the arrangement, which are drawn to one side, allow the implementation and mounting practically at a single point of the housing and thus an effective shielding of the reaction space from this Enable position.
It can be expedient if the semiconductor wafer to be coated rests snugly on the substrate either only at the edge or only in its center. The areas that are fully seated are in direct thermal conduction contact with the surface and are therefore heated up more than the areas that are not fully seated. In this way one has a means in hand to heat either the edge of the disc or its center more intensely. Greater heating at the edge of the pane appears to be useful in the case of concave panes or flat panes, since experience has shown that such panes remain cooler at the edge with a uniform supply of heat. However, it is recommended. Convex discs sometimes need to be heated more strongly in the center.
PATENT CLAIMS:
1. Apparatus for the epitaxial deposition of semiconductor material from the gas phase on a single-crystal semiconductor wafer, which, as a result of direct or indirect contact with a carrier made of chemically and thermally resistant material and which is electrically heated to a high temperature, is heated to the high temperature required for the deposition of the semiconductor and which The semiconductor wafer to be coated is placed in a recess adapted to its cross-section and height on the upper side of the preferably horizontally held, band-shaped carrier, characterized in that
that a part of an electrical supply line located underneath the carrier radiates about as much heat per unit area and time as the unit of area of the underside of the carrier would simultaneously lose due to the radiation by the
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is arranged by this that there is just no short circuit between the lead part (3) and the carrier (1).