Anordnung mit einem Susceptor und einem Substrat
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung mit einem Susceptor und einem Substrat, zur Abscheidung von polykristallinen Schichten von aus der Gasphase kristallisierbaren Substanzen auf dem Substrat.
Wenn man Siliciumscheiben, d.h. ein Substrat, mit einer Schicht von beispielsweise polykristallinem Silicium überziehen will, geht man bei den bekannten Verfahren so vor, dass man die Siliciumscheibe, also das Substrat, m einem Hochfrequenzfeld auf einem Graphitträger, d.h.
einem Susceptor, erhitzt und Silicium aus einer gasförmigen Siliciumverbindung abscheidet.
Bei diesem bekannten Verfahren wird jedoch nicht nur die Siliciumscheibe, sondern auch der Graphitträger mit einer Siliciumschicht überzogen. Diese zusammenhängende Schicht aus abgeschiedenem Silicium führt dazu, dass das Ablösen der beschichteten Siliciumscheiben vom Graphitträger schwierig ist und häufig Verluste durch Bruch der Siliciumscheiben verursacht.
Die erfindungsgemässe Anordnung bezweckt, diesen Nachteil zu vermeiden. Hierzu ist sie dadurch gekennzeichnet, dass der Susceptor mit einer Grube versehen ist, welche die der Gasphase ausgesetzte Oberfläche des Substrates umgibt.
Durch die Anordnung einer Grube gelingt es, die Bildung unerwünschter zusammenhängender Siliciumschichten, welche sowohl die zu beschichtende Siliciumscheibe wie auch den als Susceptor dienenden Graphitträger bedecken, zu vermeiden. Die Grube sorgt dafür, dass das Wachstum der abgeschiedenen Siliciumschicht an dieser Stelle unterbrochen wird, so dass die polykristalline Siliciumschicht auf der beschichteten Siliciumscheibe mit der auf dem Susceptor abgeschiedenen Silicium schicht nicht mehr in Verbindung steht.
In den Figuren 1-3 der beiliegenden Zeichnung sind schematisch drei Ausführungsformen einer erfindungsgemässen Anordnung dargestellt.
Bei allen drei dargestellten Ausführungsformen Ist auf einem als Susceptor dienenden Graphitträger 1 eine als Substrat dienende Siliciumscheibe 2 angeordnet, auf welcher polykristalline Siliciumschichten aus der Gasphase abgeschieden werden sollen.
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Jeder Susceptor 1 ist mit einer Ausnehmung 3 versehen, in welcher die Scheibe 2 aufliegt. Um die letztere herum ist eine Grube 4 vorgesehen, welche die der Gasphase ausgesetzte Oberfläche der Scheibe 2 umgibt.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist der obere Rand 5 der Ausnehmung 3 gegenüber dem unteren Rand 6 erweitert und bildet zusammen mit dem oberen Rand 7 der Scheibe 2 die Grube 4.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform, welche ähnlich derjenigen gemäss Fig. 1 ist, ist der obere Rand 8 der Ausnehmung 3 derart schräg nach innen verlaufend ausgebildet, dass das Volumen der Grube 4 nach innen zunimmt.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform ist die Grube 4 mit einer senkrechten Wand 9 versehen, welche bis über die Unterseite 3 des Substrates 2 hinaus nach innen verlaufend ausgebildet ist.
Beim Betrieb der Anordnung ist die Temperatur in der Grube 4 im Mittel um etwa 150C höher als auf der Oberfläche des als Susceptor dienenden Graphitträgers 1.
Das bedeutet, dass sich in der Grube 4 nur leichtere Moleküle, wie etwa Wasserstoff oder Chlorwasserstoff, als auf der Graphitoberfläche befinden können, weil jedes gegen die Grube 4 diffundierende Reaktandmolekül die Reaktionszone durchstossen muss und dabei reduziert wird. Da aber die Reduktion von Siliciumhalogeniden hier eine Oberflächenreaktion ist, lagert ein in Richtung der Grube 4 diffundierendes SiliciumhalogeniÅa- molekül das Silicium entweder am Rand der Siliciumscheibe 2 oder am Rand der Grube 4 ab. Dadurch kann tatsächlich erreicht werden, dass zwischen der Scheibe 2 und der sie umgebenden Oberfläche des Graphitträgers 1 ein Unterbruch in der abgelagerten Siliciumschicht besteht.
Es wurde gefunden, dass die Mindestspaltbreite B der Grube vorzugsweise etwa der Formel B = 2. H + SH genügt, worin H die Höhe der auf dem Substrat 2 abzuscheidenden Schicht und AH die mittlere Abweichung von dieser Höhe bedeuten.
Es kann in gewissen Fällen möglich sein, die Anordnung zu verwenden, ohne dass das Substrat speziell auf dem Susceptor befestigt wird.
Vorzugsweise wird jedoch das Substrat auf dem Susceptor durch ein Mittel festgeklebt, welches sich unter der Einwirkung von Wärme zersetzt. Zweckmässig wird ein Klebmittel verwendet, welches unter der Einwirkung von Wärme dehydratisiert wird und dabei reinen Kohlenstoff bildet. Als derartige Klebmittel kommen vor allem Kohlehydrate, wie beispielsweise Glucose oder Saccarose (Rohrzucker) in Frage. Versuche mit Rohrzucker haben sehr gute Ergebnisse geliefert.
PATENTANSPRUCH 1
Anordnung mit einem Susceptor und einem Substrat, zur Abscheidung von polykristallinen Schichten von aus der Gasphase kristallisierbaren Substanzen auf dem Substrat, dadurch gekennzeichnet, dass der Susceptor mit einer Grube versehen ist, welche die der Gasphase ausgesetzte Oberfläche des Substrates umgibt.
UNTERANSPRÜCHE
1. Anordnung nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der Susceptor mit einer der Form des Substrates entsprechenden Ausnehmung versehen ist, deren oberer Rand gegenüber dem unteren Rand erweitert ist und zusammen mit dem oberen Rand des Substrates die genannte Grube seitlich begrenzt (Fig. i und 2).
2. Anordnung nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Rand der Ausnehmung derart schräg nach innen verlaufend ausgebildet ist, dass das Volumen der Grube nach innen zunimmt (Fig. 2).
3. Anordnung nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der Susceptor mit einer der Form des Substrates entsprechenden Ausnehmung versehen ist, deren Seitenwände in einem Abstand von den Seitenwänden des Substrates angeordnet sind, so dass die Seitenwände der Ausnehmung und des Substrates die genannte Grube seitlich begrenzen (Fig. 3).
4. Anordnung nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Grube bis über die Unterseite des Substrates hinaus nach innen verlaufend ausgebildet ist (Fig. 3).
5. Anordnung nach Patentanspruch I oder einem der Unteransprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Breite B der Grube mindestens angenähert der Formel B = 2 H + AH genügt, in welcher H die Höhe der auf dem Substrat abzuscheidenden Schicht und AH die mittlere Abweichung von dieser Höhe bedeuten.
PATENTANSPRUCH II
Verfahren zur Herstellung der Anordnung gemäss Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat auf dem Susceptor durch ein Mittel festgeklebt wird, welches sich unter der Einwirkung von Wärme zersetzt.
UNTERANSPRÜCHE
6. Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass man als Klebmittel ein solches verwendet, das nach der Zersetzung in Form von Kohlenstoff vorliegt.
7. Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass man ein durch Einwirkung von Wärme dehydratisierbares Mittel verwendet.
8. Verfahren nach Patentanspruch II und den Unteransprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass man als Klebmittel ein Kohlehydrat verwendet, insbesondere einen Zucker und vorzugsweise Glucose oder Saccharose.
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Arrangement with a susceptor and a substrate
The present invention relates to an arrangement with a susceptor and a substrate for the deposition of polycrystalline layers of substances which can be crystallized from the gas phase on the substrate.
If you have silicon wafers, i. a substrate that wants to be coated with a layer of, for example, polycrystalline silicon, one proceeds in the known method in such a way that the silicon wafer, i.e. the substrate, is placed in a high-frequency field on a graphite support, i.e.
a susceptor, heated and deposited silicon from a gaseous silicon compound.
In this known method, however, not only the silicon wafer but also the graphite support is coated with a silicon layer. This cohesive layer of deposited silicon means that it is difficult to detach the coated silicon wafers from the graphite carrier and often causes losses due to breakage of the silicon wafers.
The arrangement according to the invention aims to avoid this disadvantage. For this purpose, it is characterized in that the susceptor is provided with a pit which surrounds the surface of the substrate exposed to the gas phase.
By arranging a pit, it is possible to avoid the formation of undesired coherent silicon layers which cover both the silicon wafer to be coated and the graphite carrier serving as a susceptor. The pit ensures that the growth of the deposited silicon layer is interrupted at this point, so that the polycrystalline silicon layer on the coated silicon wafer is no longer in contact with the silicon layer deposited on the susceptor.
In FIGS. 1-3 of the accompanying drawing, three embodiments of an arrangement according to the invention are shown schematically.
In all three illustrated embodiments, a silicon wafer 2 serving as a substrate is arranged on a graphite carrier 1 serving as a susceptor and on which polycrystalline silicon layers are to be deposited from the gas phase.
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Each susceptor 1 is provided with a recess 3 in which the disk 2 rests. A pit 4 is provided around the latter, which surrounds the surface of the disk 2 exposed to the gas phase.
In the embodiment shown in FIG. 1, the upper edge 5 of the recess 3 is widened compared to the lower edge 6 and, together with the upper edge 7 of the disk 2, forms the pit 4.
In the embodiment shown in FIG. 2, which is similar to that according to FIG. 1, the upper edge 8 of the recess 3 is designed to run obliquely inward in such a way that the volume of the pit 4 increases inward.
In the embodiment shown in FIG. 3, the pit 4 is provided with a vertical wall 9 which is designed to extend inwardly beyond the underside 3 of the substrate 2.
When the arrangement is in operation, the temperature in the pit 4 is on average approximately 150 ° C. higher than on the surface of the graphite support 1 serving as the susceptor.
This means that only lighter molecules, such as hydrogen or hydrogen chloride, can be found in the pit 4 than on the graphite surface, because each reactant molecule diffusing against the pit 4 has to penetrate the reaction zone and is reduced in the process. However, since the reduction of silicon halides is a surface reaction here, a silicon halogen molecule diffusing in the direction of the pit 4 deposits the silicon either on the edge of the silicon wafer 2 or on the edge of the pit 4. As a result, it can actually be achieved that there is an interruption in the deposited silicon layer between the disk 2 and the surface of the graphite carrier 1 surrounding it.
It has been found that the minimum gap width B of the pit preferably approximately satisfies the formula B = 2. H + SH, where H is the height of the layer to be deposited on the substrate 2 and AH is the mean deviation from this height.
In certain cases it may be possible to use the arrangement without the substrate being specially attached to the susceptor.
Preferably, however, the substrate is adhered to the susceptor by a means which decomposes under the action of heat. It is expedient to use an adhesive which is dehydrated under the action of heat and forms pure carbon in the process. Carbohydrates such as glucose or sucrose (cane sugar) are particularly suitable as adhesives of this type. Experiments with cane sugar have given very good results.
PATENT CLAIM 1
Arrangement with a susceptor and a substrate for the deposition of polycrystalline layers of substances crystallizable from the gas phase on the substrate, characterized in that the susceptor is provided with a pit which surrounds the surface of the substrate exposed to the gas phase.
SUBCLAIMS
1. Arrangement according to claim I, characterized in that the susceptor is provided with a recess corresponding to the shape of the substrate, the upper edge of which is widened compared to the lower edge and, together with the upper edge of the substrate, laterally delimits said pit (Fig. I and 2).
2. Arrangement according to dependent claim 1, characterized in that the upper edge of the recess is designed to run obliquely inward in such a way that the volume of the pit increases inward (Fig. 2).
3. Arrangement according to patent claim I, characterized in that the susceptor is provided with a recess corresponding to the shape of the substrate, the side walls of which are arranged at a distance from the side walls of the substrate, so that the side walls of the recess and the substrate laterally said pit limit (Fig. 3).
4. Arrangement according to dependent claim 3, characterized in that the pit is designed to extend inwardly beyond the underside of the substrate (Fig. 3).
5. Arrangement according to claim I or one of the dependent claims 1-4, characterized in that the mean width B of the pit at least approximately satisfies the formula B = 2 H + AH, in which H is the height of the layer to be deposited on the substrate and AH is the mean mean deviation from this level.
PATENT CLAIM II
Method for producing the arrangement according to claim 1, characterized in that the substrate is glued to the susceptor by a means which decomposes under the action of heat.
SUBCLAIMS
6. The method according to claim II, characterized in that the adhesive used is one which is in the form of carbon after decomposition.
7. The method according to claim II, characterized in that one uses an agent which can be dehydrated by the action of heat.
8. The method according to claim II and the dependent claims 6 and 7, characterized in that the adhesive used is a carbohydrate, in particular a sugar and preferably glucose or sucrose.
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