CH629034A5 - Vorrichtung zum herstellen mehrschichtiger halbleiterelemente mittels fluessigphasen-epitaxie. - Google Patents

Description

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Der in Fig. 1 und 2 dargestellte Tiegel 1 ist zum Zweck leich-Vorrichtung zum Herstellen mehrschichtiger Halbleiterele- terer Verständlichkeit stark vereinfacht gezeigt. Der Tiegel mente mittels Flüssigphasen-Epitaxie, die besonders einfach besteht aus einem Material, das den Bedingungen der Flüssig-und robust aufgebaut ist. Diese Vorrichtung kann je nach Aus- phasen-Epitaxie entspricht. Geeignete Materialien sind Gra-führung zwei oder mehrere verschiedene Flüssigkeiten aufneh- is phit, keramische Stoffe, Quarzglas, rostfreier Stahl usw. Es ist men, die der Reihe nach mischungsfrei mit Halbleitersubstra- dem Fachmann bekannt, nach welchen Gesichtspunkten das ten in Berührung gebracht werden können. Dadurch soll ein Material für jede bestimmte Anwendung auszuwählen ist. Der beliebig oft wiederholbarer Mehrschichtaufbau ermöglicht Tiegel ist auf einer drehbaren Achse befestigt, die lediglich werden. Die Vorrichtung soll sich weiterhin für extrem kurze durch ihre Mittellinie 4 angedeutet ist. Die drehbare Achse ist Einwirkungszeit jeder einzelnen Flüssigkeit auf das Substrat 20 unterhalb und/oder oberhalb des Tiegels gelagert und steht mit eignen. Die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeiten und einem Antriebselement, z. B. einem elektrischen Induktionsmo-damit die Einwirkungszeit sollen in weiten Grenzen gewählt tor, in Verbindung. Der Tiegel kann den in der Zeichnung ange-werden können. Infolge des robusten Aufbaus und der damit deuteten Deckel 3 aufweisen, der mit einem überragenden zulässigen hohen Drehzahl des Tiegels sollte eine hohe Rand lose aufgesetzt oder mit geeigneten Mitteln befestigt ist.

Beschleunigung möglich sein, so dass die Substrate nach der 25 Der Deckel kann, je nach Verwendung, den Tiegel hermetisch Einwirkung jeder einzelnen Flüssigkeit gut trocknen können. abschliessen. Normalerweise bedarf der Tiegel einer genau Eine Ausführung der Vorrichtung soll allein mittels Zentrifugal- regelbaren Heizung. Er ist dazu z. B. innerhalb einer nicht dar-kraft, d. h. ohne Einwirkung der Schwerkraft, arbeiten und gestellten vertikalen Quarzröhre angeordnet, die von einer pas-

somit für Anwendungen in der Raumfahrt geeignet sein. senden Induktionsspule umgeben ist. Die Quarzröhre kann

Gemäss der Erfindung wird die vorstehende Aufgabe 30 geschlossen sein und eine Schutzgasatmosphäre enthalten. Der gelöst mittels eines Tiegels, der mehrere untereinander durch Tiegel kann auch z. B. mittels einer hohlen Achse evakuiert Kanäle verbundene Kammern aufweist. Die Kammern und oder mit Schutzgas gefüllt sein. Da alle diese und weitere EinKanäle sind in bezug auf die Tiegelachse so angeordnet, dass zelheiten dem Fachmann geläufig sind, werden sie hier ledig-bei wechselnder Drehgeschwindigkeit des Tiegels die Flüssig- lieh erwähnt und nicht näher beschrieben.

keiten je durch einen Kanal in eine andere Kammer zu fliessen 35 Die Substrate 15, auf denen epitaktische Schichten nieder-veranlasst werden, ohne dass gegenseitige Mischung der Flüs- geschlagen werden sollen, sind auf einem streifenartigen Sub-sigkeiten erfolgt. strathalter 16 befestigt, der in einen aufsteigenden Kanal hin-

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung eingeschoben wird. In Fig. 2 ist der Halter 16 in den Kanal 8 ein-anhand der Zeichnungen im einzelnen beschrieben. Die Zeich- gesetzt. Ausser den Substraten 15 kann auf dem Streifen ein nungen zeigen : 40 Bremsstopfen 17 befestigt sein, der den Querschnitt des Kanals

Fig 1. und 2 Aufsicht und Querschnitt einer ersten Ausfüh- verkleinert und damit die Geschwindigkeit der strömenden rung eines rotationssymmetrischen Tiegels, Flüssigkeit begrenzt. Natürlich kann ein mit Substraten besetz-

Fig. 3 und 4 Aufsicht und Querschnitt einer zweiten Ausfüh- ter Substrathalter in jedem der aufsteigenden Kanäle einge-rung eines rotationssymmetrischen Tiegels, setzt sein.

Fig. 5 und 6 Aufsicht und Querschnitt einer Tiegelkammer, 45 Zum Betrieb der Vorrichtung werden die bestückten Sub-Fig. 7 Querschnitt einer Ausführung für kontinuierliche strathalter in die Kanäle eingesetzt und die Kammern mit den Fabrikation. erforderlichen Lösungen gefüllt. Sollen beispielsweise Gallium-

Fig. 1 zeigt einen Tiegel 1, der sechs Kammern enthält. Der arsenidsubstrate abwechselnd mit P- und N-leitfähigen Schich-Tiegel ist als rotationssymmetrischer, z. B. runder Körper ten belegt werden, so wird mit einem leitfähigkeitsbestimmen-

gestaltet und auf dem oberen Ende einer vertikal angeordne- 50 den Mittel dotiertes Galliumarsenid (oder dessen Komponenten, drehbaren Achse befestigt ist. Fig. 1 zeigt den Tiegel von ten) in einer Galliumschmelze gelöst. In eine der inneren unte-oben und Fig. 2 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie 2-2, ren Kammern wird eine Galliumschmelze mit gelöstem P-lei-derart, dass drei Kammern im Tiegel und die sie verbindenden tendem Galliumarsenid und in eine andere Kammer eine Kanäle sichtbar sind. Wie aus den Figuren ersichtlich, sind die Schmelze mit gelöstem N-leitendem Galliumarsenid gebracht. Kammern, die mit den Kanälen einen Kreislauf bilden, abwech- 55 Darauf wird der Tiegel bis zur vollständigen Auflösung der selnd nahe der Tiegelachse und der Unterseite sowie nahe dem Komponenten geheizt und durch genaue Einstellung der Tem-Tiegelumfang und der Oberseite angeordnet. Die Verbindungs- pera tur, oft auch mit Hilfe von «Sättigungssubstraten», eine kanäle zwischen den Kammern führen stets vom Boden einer gesättigte Lösung hergestellt, die dann durch stufenweise oder Kammer zum Oberteil der nächsten Kammer. gleichmässige Temperatursenkung übersättigt wird. Oft ist es

Die beschriebene Anordnung bewirkt, dass eine Flüssigkeit, « wünschenswert, durch leichtes Anlösen vor dem epitaktischen die sich in der oben liegenden Kammer 5 befindet, unter dem Wachstum die gestörte Substratoberfläche zu entfernen. Ist Einfluss der Schwerkraft durch den Kanal 6 in die Kammer 7 dieser Zustand erreicht, so beginnt der zuvor beschriebene fliesst. Wird der Tiegel um die bei 4 angedeutete Achse genü- Start/Stop-Betrieb, wodurch abwechselnd zuerst die eine, dann gend rasch gedreht, so bewirkt die entstehende Zentrifugal- die andere übersättigte Lösungsschmelze an den Substraten kraft, dass die Flüssigkeit aus der Kammer 7 durch den Kanal 8 es vorüberströmt. Bei jedem Durchgang einer Schmelze wird auf in die Kammer 9 fliesst. Solange die Zentrifugalkraft wirkt, den Substraten eine epitaktische Schicht niedergeschlagen, wird die Flüssigkeit in der Kammer 9 verbleiben. Wird die Dre- Der Vorgang wird so lange wiederholt, bis die gewünschte hung des Tiegels gebreamst, so überwiegt die Schwerkraft und Anzahl von Schichten niedergeschlagen ist, worauf der Sub-

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strathalter mit den Substraten, gegebenenfalls nach einer Abkühlungsperiode, aus dem Tiegel entnommen wird. Es kann jedoch auch unmittelbar ein Substrathalter mit neuen Substraten zur weiteren Beschichtung eingesetzt werden.

Bei der Flüssigphasen-Epitaxie mittels der soeben beschriebenen Vorrichtung werden auf den Galliumarsenidsubstraten einer Leitfähigkeit abwechselnd Schichten beider Leitfähigkeiten epitaktisch niedergeschlagen. Der Niederschlag erfolgt üblicherweise bei Temperaturen zwischen 600 und 900 °C aus einer übersättigten Lösung. Die Lösung besteht aus flüssigem Gallium, in welchem dotiertes Galliumarsenid gelöst ist. Übersättigung der Lösung wird durch geringfügiges Absenken der Temperatur erreicht. Im Tiegel der beschriebenen Vorrichtung können gleichzeitig bis zu drei Lösungsschmelzen zirkulieren, die abwechselnd mit hoher Strömungsgeschwindigkeit während kurzer, definierter Zeiträume an den Substraten vorüberströmen zum Aufbau je einer neuen epitaktischen Schicht. Zwischen den verschiedenen Lösungen findet keine Mischung statt, weil beim Transport einer Lösung von einer Kammer zur anderen kein Lösungsrest zurückbleibt. Auch die Substrate halten keine Lösung zurück, da sie unter dem Einfluss der Zentrifugalkraft vollständig getrocknet werden. Im Gegensatz zu bisher bekannten Anordnungen hat die Vorrichtung keine gegenseitig bewegliche Teile und somit keine reibenden Flächen, die eine Verunreinigungsgefahr für die Lösungen darstellen.

Es ist vorteilhaft, den Tiegel aus einem Material zu machen, das von der Lösung nicht benetzt wird, z. B. Graphit bei Verwendung einer Lösung von Galliumarsenid in Gallium. Infolge ihrer Oberflächenspannung wird die Lösung in enge aufsteigende Kanäle nicht eindringen, solange der Tiegel stillsteht. Erst bei einer kritischen Drehgeschwindigkeit des Tiegels wird die Zentrifugalkraft die Oberflächenspannung der Flüssigkeit überwinden, so dass diese in den Kanal eintritt. Die Flüssigkeit erfährt dann die Beschleunigung bz gemäss dem Ausdruck: bz = r <p2, wobei r die Distanz von der Drehachse und <p die Winkelgeschwindigkeit des Tiegels in rad/s darstellt. Zum Zeitpunkt t ist somit r = ro*cosh <pt und die Fliessgeschwindigkeit V = r0* cp-sinh <pt, d. h. die Geschwindigkeit steigt nahezu exponentiell an. Bei einer Drehzahl (j> = 3000 UpM 300 rad/s und r0 = 5 cm, beträgt V = 1500 cm/s - sinh 300* t, d. h. nach etwa 3 Millisekunden ist V = 1500 cm/s bei einem Radius von 8 cm. Infolge der Reibung und Viskosität wird die Fliessgeschwindigkeit kleiner sein.

Da die Fliessgeschwindigkeit im Kanal rasch ansteigt, besteht die Gefahr, dass die Strömung abreisst, wenn der Querschnitt des Kanals gleichförmig ist. Es ist daher vorteilhaft, den Kanal so auszubilden, dass sein Querschnitt in Durchflussrichtung proportional zum reziproken Wert der Geschwindigkeit abnimmt Diese Massnahme erübrigt sich allerdings, wenn der Tiegel so ausgebildet ist, dass die Substrate nicht in einem Kanal, sondern innerhalb einer Kammer angeordnet sind.

Ein zweites Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist in Fig. 3 gezeigt. Zu ihrem Betrieb ist die Schwerkraft an sich nicht erforderlich, da die Beförderung der Flüssigkeit durch Wechsel zwischen Drehbeschleunigung und Zentrifugalkraft bewirkt wird. Die Vorrichtung kann somit im schwerelosen Raum betrieben werden.

Der in Fig. 3 und 4 gezeigte Tiegel 18 ist, ähnlich dem Tiegel 1 der Fig. 1 und 2, um eine nicht dargestellte Achse drehbar, die durch die Linie 26 angedeutet ist. Der Tiegel 18 ist heizbar und kann zur Füllung mit Lösungen sowie zur Beschickung mit Substraten geöffnet werden. Diese Einzelheiten sind dem Fachmann geläufig und wurden zum Teil in Verbindung mit Fig. 1 und 2 bereits beschrieben. Der Tiegel 18 weist sechs Kammern, z. B. 19,20,21 auf, die durch Kanäle 22 miteinander verbunden sind, in welchen die auf streifenförmigen Substrathaltern 23 befestigten Substrate 24 angeordnet sind.

Im Gegensatz zum Tiegel 1 haben die Kammern des Tiegels 18 alle denselben Abstand von der Tiegelachse 26. Der Flüssigkeitstransport, der beim Tiegel 1 durch wechselweise Wirkung der Schwerkraft und der Zentrifugalkraft erfolgte, geschieht nun durch wechselnde Drehbeschleunigung. Eine Flüssigkeit, die sich in der Kammer 19 befindet, wird, wenn sich der Tiegel entgegen dem Uhrzeigersinn dreht, an der peripheren Seite der Kammer gesammelt. Wird nun die Drehung des Tiegels gebremst, d. h. erfolgt eine Drehbeschleunigung im Uhrzeigersinn, so fliesst die Flüssigkeit durch den Kanal 22 zur Kammer 20. Dabei strömt sie an den Substraten 24, die auf dem Halterstreifen 23 befestigt sind, vorbei, wobei eine epitaktische Schicht niedergeschlagen wird. Der Kanal 22 führt von der einen Endfläche der zylindrischen Kammer 19 aus zur anderen Endfläche der ebenfalls zylindrischen Kammer 20; er verlässt die Kammer 19 sozusagen in radialer Richtung, während er tangential in die Kammer 20 eintritt Die Flüssigkeit, die den Kanal 22 mit hoher Geschwindigkeit durchfliesst, wird also in die Kammer 20 in der Art einer Spirale eingeleitet. Dadurch wird erreicht, dass die Flüssigkeit die Kammer 20 nicht sofort in Richtung zur Kammer 21 durchfliesst, sondern dort in spiraliger Strömung kreist. Die Beschleunigungszeitendes Start/ Stop-Zyklus werden so gewählt, dass die Bremsbeschleunigung, unter deren Einfluss die Flüssigkeit den Kanal 22 durchflössen hat, gleich Null ist, wenn die Flüssigkeit in der Kammer 20 eingetroffen ist. Durch die tangentiale Führung wird die kinetische Energie der eintreffenden Flüssigkeit vernichtet. Es ist klar, dass die Beschleunigungszeiten und die Flüssigkeitsmengen unter Berücksichtigung der Fliessgeschwindigkeit, der Viskosität und anderer Parameter aufeinander abgestimmt werden müssen, damit eine gegenseitige Durchmischung mehrerer, in verschiedenen Kammern des Tiegels 18 befindlicher Flüssigkeiten vermieden wird. Wenn das Volumen einer Flüssigkeit höchstens gleich dem Volumen eines Kanales 22 ist, trifft eine Flüssigkeit, die z. B. von Kammer 19 nach Kammer 20 strömt, dort erst ein, wenn die Flüssigkeit, die vorher in Kammer 20 war, diese vollständig entleert hat Soll aber das Volumen der Kanäle klein gehalten werden, so ist es vorteilhaft, nur jede zweite Kammer mit Flüssigkeit zu füllen, damit die verschiedenen Flüssigkeiten sich nicht mischen können.

Der Flüssigkeitstransport ist durch periodisches Vergrös-sern und Verkleinern der Drehzahl in einer Richtung ebenso möglich wie durch periodischen Drehrichtungswechsel. Notwendig ist nur, dass der Beschleunigungswechsel nach Grösse und Zeit an die Fliessgeschwindigkeit der Flüssigkeiten ange-passt ist.

Fig. 5 und 6 zeigen einen Schnitt senkrecht zur Zylinder-achse der Kammer 19 sowie einen Schnitt parallel zu dieser Achse. Die übrigen Kammern des Tiegels sind identisch. Die gestrichelte Linie im einströmenden Kanal 22 gibt an, wie unter dem Einfluss der Beschleunigung die Flüssigkeit den Kanal durchströmt, wie sie tangential in die Kammer 19 eingeleitet wird und kreisförmig der Wand entlang strömt zur Verlangsamung. Die Verlangsamung ist notwendig, um sicherzustellen, dass die Flüssigkeit nicht in den Auslasskanal gerät, bevor die vorhergehende Lösung, die die Kammer im selben Zyklus verlassen hat, vollkommen aus diesem entfernt ist Die Flüssigkeit rotiert in der Kammer 19 genügend lange, um die Gegenbeschleunigung des Tiegels zu überwinden, d. h. um die Drehzahl des Tiegels zu erreichen, die notwendig ist, damit in einem neuen Beschleunigungszyklus die Flüssigkeit durch den nächsten Kanal fliessen kann.

Es ist einleuchtend, dass bei der zuletzt beschriebenen Ausführungsart mit sehr hohen Beschleunigungskräften gearbeitet werden kann. Bei einem Gesamtdurchmesser des Tiegels im Bereich von 10 bis 30 cm sind Drehzahlen der Grössenordnung 5000 UpM ohne weiteres erreichbar. Die zum Flüssigkeitstransport notwendigen Drehzahlschwankungen sind demgegenüber gering. Die hohen entstehenden Zentrifugalkräfte

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machen die auf der Flüssigkeitsoberfläche bisweilen entstehende Oxidschicht unschädlich, da sie leichter als die Flüssigkeit ist. Ausserdem lässt sich die Übersättigung der Lösungen durch die Drehzahl resp. Zentrifugalbeschleunigung steuern, wenn die spezifischen Gewichte von Lösung und gelöstem Stoff verschieden sind.

Die in den Zeichnungen zylindrisch dargestellten Kammern können auch eine andere Form, z. B. die einer Kugel, aufweisen.

Die Ausführungsart gemäss Fig. 7 eignet sich zur Herstellung von Halbleiterelementen in grosser Zahl in einem kontinuierlichen Verfahren. Die Vorrichtung ist im Querschnitt und stark vereinfacht dargestellt. In dem rohrartigen drehbaren Öfen 27, z. B. ein drehbarer Graphit- oder Metall-Suszeptor mit nicht-rotierender Hochfrequenz-Induktionsspule, ist ein Stapel von gleichartigen Tiegeln 28 so angeordnet, dass die Drehung des Ofens um seine Längsachse auf die Tiegel übertragen wird. Eine nicht dargestellte Einrichtung setzt die vorgewärmten Tiegel nacheinander von unten her in den-Ofen ein, wo sie zunächst hinreichend genau auf die Arbeitstemperatur gebracht werden, dann das Verfahren durchlaufen und schliesslich durch eine ähnliche Vorrichtung am oberen Ende des Ofens entnommen werden. Das Einsetzen sowie das Entnehmen eines Tiegels erfolgt vorzugsweise in einem Moment des Stillstandes.

Die Tiegel sind ähnlich den in bezug auf die Fig. 3 bis 6 beschriebenen, weisen jedoch den Unterschied auf, dass ein senkrechter Einlaufstutzen 29 in die erste Kammer 30 jedes Tiegels von oben her führt. Aus der letzten Kammer 31 des Tiegels führt ein zum Einlaufstutzen passender Auslaufstutzen 32 nach unten heraus. Weiterhin besteht kein Verbindungskanal zwischen den benachbarten Kammern 31 und 30. Die Kammern und Kanäle des Tiegels bilden im Gegensatz zu den früheren Ausführungsbeispielen also keinen geschlossenen Kreislauf. Die flüssigen Lösungen durchfliessen jede Kammer jedes Tiegels einmal, um von der letzten Kammer in die erste Kammer des darunterliegenden Tiegels zu gelangen. 5 Die Drehbewegung des Ofens bzw. des Tiegelstapels wird in Verbindung mit dem Aufsteigen des Tiegelstapels so gesteuert, dass die Flüssigkeiten sich relativ zur Heizzone im wesentlichen stets auf derselben Höhe befinden. Die aufsteigenden Tiegel schreiten somit aus einer Vorheizzone im unte-io ren Ofenbereich durch eine Niederschlagszone im mittleren Ofenbereich in eine Abkühlzone im oberen Ofenbereich fort. Die Lösungen, die den Niederschlag der epitaktischen Schicht bewirken, befinden sich stets im mittleren, d. h. im Niederschlagsbereich. Die Tiegel werden von unten her in den Vor-i5 heizbereich eingesetzt und am oberen Ende dem Abkühlbereich entnommen. Das Verfahren wird pausenlos so lange fortgesetzt, bis die Flüssigkeiten aufgebraucht oder erschöpft sind. Sie können dann aus einem Tiegel, der keine Substrate enthält, entnommen und auf ähnliche Art durch neue Flüssigkeiten 20 ersetzt werden.

In Fig. 7 ist andeutungsweise der Antrieb 33 für den drehbaren Ofen 27 gezeigt, in dem die verschiebbaren Tiegel 28 beispielsweise in Nuten geführt sind. Durch 34 ist die Induktionsheizung angedeutet, die die Tiegel auf die für das Verfahren 25 benötigte Temperatur erwärmt. Durch 35 ist ein Zuführungsgreifer für neue vorgewärmte Tiegel und durch 36 ein Entnahmegreifer für Tiegel, die das Verfahren durchlaufen haben, angedeutet. Mit Hilfe des in Fig. 7 gezeigten Ausführungsbeispieles der Vorrichtung ist es möglich, vielschichtige Halb-30 leitervorrichtungen in grosser Stückzahl rationell herzustellen. Das Verfahren läuft praktisch kontinuierlich ab. Selbst die von Zeit zu Zeit notwendige Ergänzung oder Auswechslung der Flüssigkeiten stellt keinen nennenswerten Unterbruch dar.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

629034 PATENTANSPRÜCHE

1.Vorrichtung zum Herstellen von Halbleiterelementen mittels Flüssigphasen-Epitaxie mit wenigstens einem Tiegel mit mehreren, untereinander durch Kanäle verbundenen Kammern, in denen sich wenigstens zwei unterschiedliche Flüssigkeiten befinden, dadurch gekennzeichnet, dass Kammern (5,7, 9,11-13,19-21) und Kanäle (6,8,10,14,22) in bezug auf die Symmetrieachse des Tiegels (1,18,28) so angeordnet sind, dass bei wechselnder Drehgeschwindigkeit des Tiegels (1,18,28) die Flüssigkeiten je durch einen Kanal (6,8,10,14,22) in eine andere Kammer (5,7,9,11-13,19-21) zu fliessen veranlasst werden, ohne dass eine Mischung der Flüssigkeiten erfolgt.

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Kammern (5,7,9,11-13,19-21) und Kanäle (6,8,10,14,22) in bezug auf die senkrecht stehende Achse des Tiegels (1,18, 28) so angeordnet sind, dass die Flüssigkeiten unter überwiegendem Einfluss der Schwerkraft in die Kammern einer ersten Gruppe (7,11,13) fliessen, wogegen sie unter überwiegendem Einfluss der Zentrifugalkraft in die Kammern einer zweiten Gruppe (5,9,12) fliessen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammern (19-21) in bezug auf die Kanäle (22) und in bezug auf die Achse (26) des Tiegels (18) so angeordnet sind, dass bei Drehbeschleunigung um die Achse (26) in einer Richtung die Flüssigkeiten je aus einer ersten Kammer (19) durch einen Kanal (22) in die nächste Kammer (20) fliessen, während sie bei Drehbeschleunigung in der andern Richtung die ersten Kammern (19) nicht verlassen können.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder Anspruch 3 mit vertikaler Tiegelachse, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (6, 8,22) die Kammern (5,7,9,11-13,19-21) unten verlassen und in die jeweils nachfolgende Kammer oben einmünden.

5. Vorrichturtg nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (6,8,10,14,22) tangential in die runden Kammern (5,7,9,11-13,19-21) einmünden, derart, dass die einströmende Flüssigkeit auf einer Spirallinie entlang der Kammerwand fliesst.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Kanal (8) so ausgebildet ist, dass er einen Substratträger (16,23) oder einzelne Substrate (15,24) aufnehmen kann.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Kammer so ausgebildet ist, dass sie einen Substratträger oder einzelne Substrate aufnehmen kann.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (17) vorgesehen sind zur Beeinflussung der Durchflussgeschwindigkeit in den Kanälen.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Kanäle in Flussrichtung abnimmt

10. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit mehreren übereinander in einem Stapel angeordneten Tiegeln, dadurch gekennzeichnet, dass bei senkrechter Drehachse des Stapels jeder der Tiegel (28) einen Einlaufstutzen (29) von oben in seine erste Kammer und einen Auslaufstutzen (32) nach unten aus seiner letzten Kammer aufweist, derart, dass die Flüssigkeiten nacheinander durch die Kammern und Kanäle mehrerer aufeinander gestapelter und gemeinsam drehbarer Tiegel (28) transportierbar sind (Fig. 7).

11. Verwendung der Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche zum Niederschlag von Schichten aus übersättigten Schmelzen oder Lösungen auf festen Substraten.

12. Verwendung nach Anspruch 11 zum Niederschlag von epitaktischen Schichten auf kristallinen Substraten.

13. Verwendung nach Anspruch 11 oder 12 zum Niederschlag von mehreren Halbleiterschichten verschiedener Dotierung oder Zusammensetzung auf den Substraten.

Bei der Herstellung mehrschichtiger Halbleiterelemente, insbesondere von Elementen aus III-V-Verbindungen wie Gal-liumarsenid, setzt sich die Flüssigphasen-Epitaxie immer mehr durch. Bei derart hergestellten Elementen sind gegenüber den durch Niederschlag der Halbleiterschichten aus der Dampfphase hergestellten die Lebensdauer und die Wirksamkeit merklich verbessert. Bei der Flüssigphasen-Epitaxie wird die Oberfläche des Substrats für eine bestimmte Zeit mit einer übersättigten Lösung in Berührung gebracht, wodurch eine epitaktische Schicht bestimmte Art auf der Oberfläche wächst. In nachfolgenden Verfahrensschritten wird dieselbe Oberfläche mit einer anderen übersättigten Lösung in Berührung gebracht, worauf eine andere epitaktische Schicht aufwächst. Der Vorgang kann sich mehrere Male wiederholen. Die Entwicklung zeigt eine Tendenz zu stets dünneren epitaktischen Schichten, an deren Qualität jedoch stets wachsende Anforderungen gestellt werden. Die Berührungszeiten zwischen Lösung und Oberfläche nehmen daher ab, die Anforderungen an die Reinheit der Lösungen, der Gefässe usw. hingegen nehmen zu. Auch ist es erforderlich, eine Lösung restlos zu entfernen, bevor die nachfolgende Lösung mit der Oberfläche in Berührung kommt. Schliesslich ist es erwünscht, die Lösungen möglichst verunreinigungsfrei zur weiteren Verwendung zurückzugewinnen.

Zur Durchführung der Mehrschichtflüssigphasen-Epitaxie wurden schon die verschiedensten Geräte beschrieben. Eine erste Klasse von Geräten arbeitet mit Schiebern, die sich zwischen verschi'edenen Kammern eines Tiegels, die verschiedene Lösungen enthalten, bewegen. Das US-Patent 3 565 702 zeigt eine solche Ausführung. Eine verbesserte Ausführung mit rundem Tiegel, in welchem der Schieber drehbar angeordnet ist, zeigt das US-Patent 3 881 037. Für bestimmte Anwendungen haben diese Vorrichtungen den Nachteil, dass sie relativ kompliziert sind, ihre Einzelteile genau gearbeitet sein müssen, dass mit dem Halbleitersubstrat oft ein Rest der Lösung verschoben wird und sich mit der anderen Lösung mischt, und dass die Berührungszeit des Substrats mit den Lösungen ein gewisses Mass nicht unterschreiten kann. Durch Abrieb der aneinander gleitenden Teile des Tiegels werden die Lösungen verunreinigt und die Substrate mit den Schichten durch mechanische Einwirkung beschädigt.

In einer zweiten Klasse von Geräten geschieht der Lösungsaustausch auf dem Halbleitersubstrat durch Kippen. Ein Beispiel dieser Geräte ist im IBM Technical Disclosure Bulletin, Band 14, Nr. 9, Seite 2850, beschrieben. Die Mischung einer Lösung mit.Resten der anderen Lösung ist hier geringfügig, die Berührungszeit jedoch für viele Anwendungen immer noch zu gross.

Eine dritte Klassse von Geräten weist rotierende Tiegel auf, in denen der Transport der Lösungen mittels Schwerkraft geschieht. Ausführungsbeispiele dafür sind im US-Patent 3 858 553, im IBM Technical Disclosure Bulletin, Band 18, Nr. 5, Seite 1585 sowie 1586f beschrieben. Die Rotation der Tiegel ist relativ langsam und die Berührungszeiten der Substrate mit den Lösungen sind lang. Neuere Geräte trachten, insbesondere für die Herstellung sehr dünner Schichten, die Berührungszeiten zu verkürzen, indem ausser der Schwerkraft auch die Zentrifugalkraft des rotierenden Tiegels ausgenützt wird. Der Artikel von Bauser, Schmid, Löchner und Rabe, Japanese Journal of Applied Physics, Band 16,1977, Supplement 16/1, Seite 457 bis 460 sowie die dort zitierte Literatur beschrieben solche Geräte. Der Tiegel nach Bauser el al. erlaubt kurze Berührungszeiten zwischen verschiedenen Lösungen und Halbleitersubstraten. Auch werden die Lösungen ohne wesentliche Durchmischung

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zur neuen Verwendung zurückgewonnen. Nachteilig erscheint die Flüssigkeit fliesst aus der Kammer 9 durch den Kanal 10 in jedoch, dass einmal der Tiegel aus zahlreichen Einzelteilen die Kammer 11. Wenn die Start/Stop-Folge der Drehung des besteht, die genau gearbeitet sein müssen, dass im Betrieb ein- Tiegels um die Achse 4 fortgesetzt wird, fliesst die Flüssigkeit zelne Teile gegeneinander bewegt werden müssen, wodurch aus der Kammer 11 durch die Kammern 12 und 13 schliesslich die Lösungen verunreinigt werden können, und dass mehrfach 5 wieder zurück in die Kammer 5. Der Kreislauf kann beliebig die Lösungen-unter Einfluss hoher Zentrifugalkraft durch fortgesetzt werden. Es ist einleuchtend, dass mehrere verschie-

schmale Spalten fliessen, die sie infolge ihrer Oberflächenspan- dene Flüssigkeiten, die sich in den Kammern 5,9 und 12 befin-nung und Viskosität unter dem Einfluss der Schwerkraft allein den, durch fortgesetzte Start/Stop-Drehung den Kreislauf nicht durchfliessen können. Lösungen geringer Oberflächen- innerhalb des Tiegels einzeln durchströmen können, ohne dass Spannung können daher nicht verwendet werden. ' o eine Mischung zwischen diesen Flüssigkeiten stattfindet.