AT261014B - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von großflächigen Metall- oder Halbleiter-Epitaxieschichten - Google Patents

Description

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  Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von grossflächigen
Metall-oder Halbleiter-Epitaxieschichten 
Seit einiger Zeit ist ein Verfahren zur Herstellung von Epitaxieschichten bekannt, das gegenüber den bisher üblichen eine Reihe von Vorteilen   aufweist-das"Close Space"-Verfahren   (E. Sirtl,   LPhys.   



  Chem. Solid 24, 1285   [1963], F. H. Nicoll. J. Electrochem. Soc. 110. 1165 [1963]).   



   In einem Reaktionsgefäss 1 (Fig. 1) befinden sich nahe beieinander, nur durch dünne Quarzstücke 2   (0. 1   mm) getrennt, Quelle 3 und Substrat 4. Durch die Strahlung JR aussen angebrachter Infrarotstrahler werden die beiden   Kohleblöckchen   5, 6, die in thermischem Kontakt mit Quelle bzw. Substrat stehen, erhitzt, a.   zw.   so, dass die Quelle 3 eine etwas höhere Temperatur als das Substrat 4 aufweist (AT). Bei geeigneter Wahl der Atmosphäre und der Temperatur findet eine chemische Transportreaktion statt, durch die Material von der Quelle abgebaut wird und zum Substrat wandert, wo es, passende Wahl des Substrates vorausgesetzt, epitaxial aufwächst. 



   Wählt man beispielsweise als Quelle Galliumarsenid (GaAs), als Substrat Germanium und als Trägergas HO +   H,   so läuft der Prozess vermutlich nach folgender Gleichung   ab :   
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Dieses Verfahren hat gegenüber jenen, bei denen Quelle und Substrat durch grössere Entfernung voneinander getrennt sind, unter anderem folgende Vorteile :
1. Mehr als 95% des abgetragenen Materials werden auf dem Substrat wieder aufgebaut ; bei den älteren Verfahren sind die Verluste wesentlich grösser. 



   2. Kompakter mechanischer Aufbau, der überdies den Vorteil hat, dass der eigentliche Reaktion-   raum-nämlich   der Raum zwischen Quelle und Substrat - gut von der Umwelt abgeschlossen ist ; dadurch wird eine Verunreinigung der Epitaxieschicht verhindert. 



   Allerdings stehen diesen Vorteilen einige Nachteile   gegenüber :  
1. Die Schicht auf dem Substrat kann nicht wesentlich grösser als die dem Substrat zugewendete
Fläche der Quelle sein. 



   2. Bei Verwendung von polykristallinem Quellmaterial bilden sich, da die Abtraggeschwindigkeiten je nach Kristallorientierung verschieden sind, die Komgrenzen des Quellmaterials in Form von
Stufen auf der Epitaxieschicht ab, was in vielen Fällen, wo es auf gleichmässige Schichtdik- ke ankommt, sehr unerwünscht ist. 



   Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von grossflächigen Metall-oder Halbleiter-Epitaxieschichten mittels einer chemischen Transportreaktion, das die oben erwähnten Nachteile vermeidet. 



   Das erfindungsgemässe Verfahren ist durch folgende an sich bekannte Merkmale gekennzeichnet : a) in der Grössenordnung von 0, 1 mm liegender Abstand zwischen der Quelle und dem Substrat, b) Bewegung der Quelle über die zu beschichtende Fläche hin. 

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   Durch die Relativbewegung von Substrat und Quelle wird der Nachteil des Close-Space-Verfahrens, dass sich bei polykristallinem Quellmaterial eine ungleichmässige Schichtdicke ergibt und dass an den den Korngrenzen der Quelle gegenüber liegenden Stellen die Schicht besonders stark   wächst,   von vornherein ausgeschlossen, d. h., es ergibt nun auch polykristallines Material Schichten konstanter Dicke, während es für das bisherige Close-Space-Verfahren aus den genannten Gründen unbrauchbar ist. 



   An Hand der Fig. 2 und 3 soll nun das erfindungsgemässe Verfahren näher erläutert werden. 



   Wie bisher befinden sich in einem Reaktionsgefäss 10 nahe beieinander   (z. B. 0, 1   mm) Quelle 30 und Substrat 40, jedoch ist jetzt die Quelle 30 stabförmig ausgebildet und so gehaltert, dass das plättchenförmige Substrat 40 in Richtung senkrecht zur Längsachse der Quelle an dieser vorbeibewegt werden kann. Starr mit der Quelle 30 verbunden, die durch Joulesche Wärme (s. Pfeile in Fig. 3) oder induktiv aufgeheizt werden kann, ist eine Heizvorrichtung, Infrarotheizung oder eine etwa mit Hochfrequenz gespeiste Induktionsheizung 7, die das Substrat in unmittelbarer Nähe der Quelle auf die gewünschte bzw. erforderliche Temperatur bringt. Auf den nicht dem Substrat zugekehrten Flächen ist die Quelle mit geeigneten Abschirmungen versehen, um ein dort unerwünschtes Abtragen zu vermeiden.

   Zum Beispiel kann bei einer Quelle aus Galliumarsenid als Abschirmung eine dünne Schicht aus Siliziummonoxyd (SiO) unmittelbar auf die abzuschirmenden Flächen aufgebracht werden. Zweckmässigerweise wird man trachten, das Substrat in Form eines Rechteckes auszubilden. Das Reaktionsgefäss 10 ist mit einem geeigneten Trägergas gefüllt. 



   MitHilfe einer derartigen Anordnung ist es möglich, Substrate von Quellen aus zu beschichten, die nur in einer Richtung so gross wie das Substrat zu sein brauchen, in der andern aber praktisch beliebig klein sein können. 



   Dadurch, dass die Heizvorrichtung für das Substrat mit der Quelle starr verbunden ist, wird jeweils 
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 schwindigkeiten mitteln, Schichten mit konstanter Dicke. 



     Für Galliumarsenid- (GaAs-) und   Indiumarsenid- (InAs-) Schichten kommt als Substrat Germanium (Ge) und als Trägergas   H 0   + H in Frage, für Wolfram-Schichten als Substrat Molybdän. 



   PATENTANSPRÜCHE : 
1. Verfahren zur Herstellung von grossflächigen Metall- oder Halbleiter-Epitaxieschichten mittels   einer chemischen Transportreaktion, gekennzeichnet durch die gleichzeitige Anwendung   folgender an sich bekannter Merkmaler 
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Claims (1)

1. 2. Verfahren nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass für die Herstellung von Schichten mit konstanter Dicke polykristallines Quellmaterial benutzt wird.

   3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (40) durch eine die Relativbewegung der etwa stabförmigen Quelle (30) mitmachende, also z. B. mit dieser Quelle starr verbundene, vorzugsweise auf die von ihr abgewendete Seite des Substrates wirkende Heizvorrichtung (7) (Infrarotheizung oder etwa induktive bzw. HFHeizung) stets in der jeweiligen unmittelbaren Nähe der Quelle auf die erforderlicheTemperaturge- bracht wird (Fig. 2).

   4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die etwa stabförmige Quelle zusätzlich geheizt wird, z. B. durch Joulesche Wärme oder etwa induktiv bzw. durch Hochfrequenz.

   5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialabtragung durch Abschirmungen im wesentlichen auf die dem Substrat zugekehrte Fläche der Quelle beschränkt wird.